Understanding ultrafast free-rising bubble capturing on nano/micro-structured super-aerophilic surfaces

气泡 材料科学 纳米技术 纳米颗粒 纳米结构 磁滞 纳米- 化学物理 机械 复合材料 化学 物理 量子力学
作者
Yue Hu,Zhenbo Xu,H H Shi,Benlong Wang,Liqiu Wang,Luwen Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-59049-x
摘要

Abstract Rapid bubble capture is essential for collecting targeted gaseous media and eliminating floating impurities across aquatic environments. While the role of nanostructures during the collision of free-rising bubbles with super-aerophilic surfaces is well established, the fundamental contribution of microtextures in promoting initial capture, even before contact, has yet to be fully understood. We report the rising bubble-induced large deformation of the entrapped gas layer, rapidly thinning the liquid film to its rupture threshold and thus achieving an ultrafast bubble capture down to about 1 ms with an array of microcones, decorated with nanoparticles as a convenient example to obtain super-aerophilicity. This rapid capture is also very stable due to the hysteresis movement of three-phase contact lines that inspired a critical pressure criterion for ensuring gas-layer stability and capture efficacy. The present nano/microstructured surface supports prolonged, loss-free gas transport in challenging shear flow as well, providing robust bubble control strategies for diverse systems.
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