Multiscale Textured Mesh Substrates that Glide Alcohol Droplets and Impede Ice Nucleation

成核 材料科学 润湿 表面张力 接触角 冰核 亚稳态 表面能 沉积(地质) 化学物理 十六烷 化学工程 粘度 纳米技术 复合材料 热力学 化学 有机化学 工程类 物理 生物 古生物学 沉积物
作者
Aayushi Bajpayee,Natalia Rivera-González,Erick J. Braham,Theodore E. G. Alivio,Anita Anita,Scheherzad Alvi,Chenxuan Li,Nicholas I. Cool,Mohammed Al‐Hashimi,Lei Fang,Sarbajit Banerjee
出处
期刊:Advanced Engineering Materials [Wiley]
卷期号:24 (8) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adem.202101524
摘要

Textured surfaces are commonly designed to preclude wetting by water. The design of surfaces that are not wetted by alcohols represents a considerable challenge given the low surface tension, viscosity, and density of these liquids. Herein, a hierarchically textured plastronic architecture that can suspend alcohol droplets in a metastable Cassie–Baxter regime is presented. As a result of microtexturation of the underlying stainless steel mesh, multiscale texturation derived from ZnO tetrapods, and surface functionalization with perfluorinated‐polyhedral oligomeric silsesquioxanes, the surfaces glide aliphatic alcohols, water, and n ‐hexadecane. The design of surfaces not wetted by alcohols is particularly relevant to “point‐of‐care” environments. Because of the minimized interfacial contact areas, the textured surfaces further greatly inhibit ice nucleation at solid/liquid interfaces. High‐speed video imaging of the freezing and droplet impact shows that the textured surfaces delay ice nucleation by inhibiting heterogeneous nucleation, more effectively channel kinetic energy upon droplet impact to break up impinging droplets, and greatly limit frost formation. Once ice forms, its adhesion is substantially diminished by about three orders of magnitude as compared with planar substrates. The results demonstrate a scalable spray deposition method to generate surfaces for enabling the deterministic flow of liquids as well as inhibit ice formation.
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