Vapor-mediated wetting and imbibition control on micropatterned surfaces

润湿 马朗戈尼效应 渗吸 材料科学 毛细管作用 接触角 毛细管冷凝 润湿转变 冷凝 复合材料 纳米技术 非平衡态热力学 蒸发 机械 多孔介质 微流控 水蒸气 热管 化学物理
作者
Ze Xu,Raphael Saiseau,Olinka Ramírez-Soto,Stefan Karpitschka
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:123 (1): e2519761122-e2519761122 被引量:1
标识
DOI:10.1073/pnas.2519761122
摘要

Wetting of micropatterned surfaces is ubiquitous in nature and key to many technological applications like spray cooling, inkjet printing, and semiconductor processing. Overcoming the intrinsic, chemistry- and topography-governed wetting behaviors often requires specific materials which limits applicability. Here, we demonstrate that droplet spreading and wicking on hydrophilic patterns can be controlled by the vapor of a lower-surface-tension liquid. Condensation of the vapor induces Marangoni forces that delay capillary wicking and contract liquid into a droplet on top of the imbibed film. Thereby, macroscopic droplets can be maintained in an apparent partial wetting state, effectively cloaking the pattern. We quantify how pattern characteristics and vapor condensation compete, balancing in different wetting states from pinning to complete imbibition. Since this balance is the result of nonequilibrium processes rather than static wetting phenomena, it can be reversibly tuned by modifying the vapor concentration. This way, we guide droplets across patterns and even extract previously imbibed liquids, devising strategies for coating, cleaning, and drying functional surfaces.
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