中科院化學所等科學家讓水滴跳起“芭蕾”

　　中國科學院化學研究所與清華大學合作，通過對固體表面的特殊設計，實現了液滴撞擊后的高速旋轉行為。該研究于3月5日在線發表于《自然—通訊》。

　　固液碰撞行為控制在噴墨打印、農藥噴灑及防結冰領域具有重要作用。與固體之間的碰撞不同，液滴碰撞固體表面后能在數毫秒內發生很大程度形變，且撞擊后可能出現沉積、回彈及破裂等多種結果，使控制液滴碰撞行為十分困難。

　　論文第一作者、中科院化學所研究員宋延林告訴《中國科學報》，研究人員通過在疏水低黏附表面構筑特殊圖案化的高黏附區域，對液滴碰撞行為進行誘導，使液滴撞擊后形成各向異性回縮，且回縮過程中在液滴內部產生角動量，形成旋轉運動，跳起了“芭蕾”。

　　研究發現，基底表面浸潤性圖案的對稱性對于液滴的旋轉彈跳行為起著關鍵作用。通過調節其旋轉對稱性及鏡面對稱性，可以實現旋轉、翻滾、豎直回彈等多種行為。在此基礎上，他們提出了液滴碰撞行為精確控制的普適規律和軟物質碰撞理論。

　　更重要的是，通常撞擊到疏水表面的液滴會發生回縮并最終從表面彈起或濺射，其行為仍符合“牛頓碰撞定律”。而此次研究發現，液滴碰撞前后的運動形式由平動變為了轉動，突破了經典“牛頓碰撞定律”的描述范疇。

　　宋延林介紹，通過條件優化，液滴的旋轉速度可達7300轉/分鐘。同時，利用液滴的高速旋轉可以驅動固體基底的定向轉動。基于此原理，實驗人員開發了新型的液滴驅動器，利用單個液滴能夠驅動固體以超過50°每分的速度旋轉。未來該團隊將關注利用液體驅動進行新型水力發電等方面的研究。