摘要：大家好！在生活里，咱们常常能看到水变成小水滴的现象，比如早上起床看到窗户上的水珠。但你们知道吗，在微观世界中，这些小水滴在一些特殊表面上，能玩出超神奇的“花样”！今天就带大家深入了解冷凝液滴在纳米结构超疏水表面上的漫游现象——《Condensate dropl
大家好！在生活里，咱们常常能看到水变成小水滴的现象，比如早上起床看到窗户上的水珠。但你们知道吗，在微观世界中，这些小水滴在一些特殊表面上，能玩出超神奇的“花样”！今天就带大家深入了解冷凝液滴在纳米结构超疏水表面上的漫游现象——《Condensate droplet roaming on nanostructured superhydrophobic surfaces》发表于《nature communications》，一起揭开它的神秘面纱！
*本文只做阅读笔记分享*
一、研究背景：冷凝现象的那些事儿
咱们都知道，水蒸汽变成小水滴，也就是冷凝，这过程要是没处理好，麻烦可不少。就像在一些需要散热的机器里，冷凝产生的液滴要是一直待在表面，就会形成一层膜，阻碍热量散发，影响机器正常工作。所以，科学家们一门心思研究怎么让冷凝液滴快点离开表面，提高传热效率。
在超疏水表面上，人们发现了一种超有趣的现象——冷凝微滴合并的时候会跳起来，这可比普通靠重力让液滴掉落的方式强太多了，能大大提高传热效率。不过呢，还有更神奇的，有些冷凝微滴在超疏水表面上，会自己到处“溜达”，这种漫游现象到底咋回事呢？
二、实验过程：探索微观世界的奇妙之旅
为了搞清楚这个现象，科学家们做了好多准备工作。首先得制备特殊的表面，他们把平平的铝基底放到热水里，这样就能长出勃姆石纳米壁，然后再用一种叫引发化学气相沉积的技术，给它涂上疏水的pPFDA，就得到了实验用的超疏水表面。这表面在显微镜下看，全是纳米级别的小结构，密密麻麻的，可神奇了！
接着，把做好的样品放进精心设计的冷凝装置里。这个装置可厉害啦，饱和蒸汽会不断地流过样品表面，遇冷就开始冷凝。科学家们通过显微镜和高速相机，就能把微滴的一举一动看得清清楚楚，还能同时测量表面的传热性能，就好像给小液滴们装了“监控”一样！
三、结果与讨论：漫游现象大揭秘
冷凝微滴合并之后，没有老老实实待着，而是在表面上开启了“漫游模式”。它们能在平面内随便哪个方向移动，跑来跑去的，和咱们常见的那种小液滴只在一个地方合并完全不一样。参与漫游的液滴分布在不同地方，主液滴在漫游的时候，一边跑一边和其他小液滴合并，它的轨迹弯弯曲曲的，形状也一直在变。
而且啊，当表面的过冷度达到一定程度，漫游现象就频繁出现。不同的漫游事件，液滴分布和跑的路线都不一样。漫游和重力可没啥关系，主要是由毛细管现象主导的，不管表面有没有缺陷，也不管纳米结构长成啥样，只要是纳米结构的超疏水表面，就可能出现这种神奇的漫游现象。
四、漫游机制：微小世界的力学原理
那冷凝微滴为啥能漫游呢？这就得从纳米结构里的小秘密说起啦。蒸汽在纳米结构表面冷凝的时候，液滴的形成是随机的，有些纳米腔会被填满，这就导致表面上同时出现不同状态的液滴，有的是卡西状态，有的是部分文泽尔状态。这两种状态的液滴，它们和表面的粘附力不一样，就产生了粘附不对称。
液滴合并的时候，这种粘附不对称就开始发挥作用啦！液滴合并时，合并的地方压力低，会吸引液体流过来。但因为下面液滴的润湿性不同，液体流动就受到限制，回缩的时候不对称，这样就产生了切向动量，推着液滴在表面到处跑。
有了切向动量，液滴还得能离开表面才能真正漫游起来。这就涉及到去湿过程啦。当液滴受到的力足够大，能克服接触线的摩擦力和纳米结构的粘附功，它就能从表面脱离。
在合适的时候去湿，液滴就能带着切向动量，开开心心地开始漫游啦！
五、漫游与传热：高效传热的新发现
漫游现象可不只是好玩，它对传热的影响可大了！在超疏水表面上，有两种冷凝模式。刚开始过冷度比较低的时候，主要是跳跃滴状冷凝模式；当过冷度增加，就变成漫游冷凝模式啦。而且，漫游冷凝模式的传热系数比跳跃滴状冷凝模式高好多，比传统的膜状冷凝更是高得离谱，这说明漫游冷凝传热效率超高！
不同过冷度下，冷凝液滴的样子和分布都不一样。过冷度低的时候，好多小液滴会跳离表面；过冷度一增加，漫游的液滴就越来越多。这些漫游的液滴就像勤劳的小清洁工，不停地更新表面，让新的液滴能更快形成，传热效率也就大大提高啦！
当表面过冷度增加，临界成核直径变小，纳米腔里更容易形成液滴。这时候，漫游让表面面积更新率一下子就提高了，大部分表面都能很快更新，给新液滴的形成提供了更多空间，传热效率又能更上一层楼！
六、研究结论与展望：开启科学新大门
漫游冷凝是多种超疏水表面易实现的高效冷凝模式，在特定过冷度范围可持续发生，传热系数高，有望应用于各类传热场景提高能源效率。
七、一起来做做题吧
1、在研究冷凝液滴漫游现象的实验中，制备超疏水表面时在铝基底上形成的是以下哪种物质？
A. 勃姆石纳米壁
B. 二氧化钛纳米棒
C. 氢氧化铜纳米针
D. 氧化铜纳米线
2、冷凝液滴漫游主要是由以下哪种现象主导的？
A. 重力作用
B. 毛细管现象
C. 表面缺陷
D. 纳米结构的特殊形态
3、在超疏水表面的冷凝模式中，当表面过冷度增加时，冷凝模式会发生以下哪种变化？
A. 从漫游冷凝模式转变为跳跃滴状冷凝模式
B. 从跳跃滴状冷凝模式转变为漫游冷凝模式
C. 一直保持跳跃滴状冷凝模式
D. 一直保持漫游冷凝模式
4、冷凝液滴漫游产生切向动量的原因是？
A. 液滴大小的差异
B. 表面的微观缺陷
C. 冷凝时纳米结构内随机成核导致的液滴粘附不对称
D. 蒸汽流动的推动
5、关于超疏水表面冷凝液滴漫游现象，以下说法正确的是？
A. 漫游现象只在特定的纳米结构表面才会出现
B. 漫游现象与重力密切相关
C. 漫游现象可以提高表面的传热效率
D. 漫游现象会导致表面被冷凝液淹没
参考文献：
Lam, C.W.E., et al. Condensate droplet roaming on nanostructured superhydrophobic surfaces. Nat Commun 16, 1167 (2025).
来源：知识泥土六二三