材料科学：跳ね返る液滴の接触時間を減らす

液滴が付着せず跳ね返るよう設計された表面は、乾燥を維持する、自浄性がある、着氷を防止するといった能力があるので、かなりの注目を集めてきた。このタイプの非ぬれ面に衝突する液滴は、最大直径まで広がった後、完全に跳ね返ってその固体材料を離れる程度にまで戻る。液滴が固体と接触している時間の長さ、すなわち「接触時間」は、液滴の慣性と毛管現象、内部散逸、表面–液体相互作用に依存する。そして、液滴と表面の間で質量、運動量、エネルギーが交換される程度は接触時間によって左右されるので、接触時間の最短化が有利になる場合が多い。従来の方法は、接触線ピン止めにつながり得る表面–液体相互作用を最小限にするものであった。しかし、表面相互作用がなくても、液滴の流体力学的特性によって最短接触時間が定められる。これまでこの最短接触時間は軸対称に広がり反跳する液滴によって実現されると考えられていた。今回我々は、液滴の質量を再分配して液滴の流体力学特性を変える形態を持つ超疎水性表面を利用して、接触時間をこの理論限界未満に短縮できることを実証する。また、今回の方法によって、跳ね返る液滴と表面との間の全接触時間を、これまで可能と考えられていた値未満にできることを、理論と実験により示す。

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