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　　段慧玲課題組在超疏水表面水下超長穩定性方面取得重要進展

　　北京大學工學院力學與工程科學系、應用物理與技術研究中心段慧玲">段慧玲教授課題組在超疏水表面水下超長穩定性方面取得了重要進展，研究成果于9月27日在線發表在美國《物理評論快報》(Physical Review Letters)上，題為“Ultimate Stable Underwater Superhydrophobic State”【Phys. Rev. Lett.119, 134501, (2017)】。美國物理學會網站Physics Synopsis欄目將該成果以“How to Make Superhydrophobicity Last”為題作為亮點進行報道和評述，指出“研究人員發現了技術訣竅，大大延長了超疏水表面在水下工作的壽命(Researchers find tricks to prolong the typically short-lived water repellency of a superhydrophobic surface)”。

　　在自然界中，許多水生植物和昆蟲由于生存需要，當沒入水下時，身體表面的微結構中會含有大量氣體，以保證它們能在水下維持呼吸等生命活動。除此之外，氣層的存在還使得動植物表面具有自清潔、防粘附等特性。受自然界啟發，人們制備出可以在表面微結構中封存氣體的仿生功能表面。由于這種仿生功能表面在流動中具有極好的減阻效果，在船舶、水下航行器減阻中具有極大的應用前景。然而，在水壓、流動等因素的影響下，該氣層會逐漸失去穩定甚至消失，使得這些功能表面失去原有性能。因此，氣層在水下，尤其是深水、大壓強下保持穩定存在，是這些功能表面水下應用的最大挑戰之一。

　　工學院段慧玲">段慧玲教授課題組通過考慮水中溶解氣體飽和度與氣穴內的溶解擴散平衡，實現了超疏水狀態在水下保持長時間的穩定。通過建立廣義的熱力學理論框架，繪制了不同條件下氣層能否保持長時間穩定狀態的相圖。通過共聚焦顯微鏡，原位觀測了人造仿生功能表面和新鮮荷葉表面在不同實驗條件下的氣層演化過程，發現通過調控水中溶解氣體飽和度，可以實現超疏水狀態長時間的穩定，并給出不同環境壓強下，氣層可保持穩定狀態的水中溶解氣體飽和度界限，該結果與理論預測高度一致。通過對荷葉的研究，證實了氣層的長時間穩態可以在任意粗糙的表面上實現。本研究揭示了水下微結構內氣層穩定存在的機理，對具有疏水性質的仿生功能表面在水下，尤其是大水深、高壓強下的應用具有非常重要的指導意義。

　　段慧玲">段慧玲教授課題組在過去幾年一直致力于超疏水表面水下浸潤狀態穩定性和減阻等方面的研究，并取得了一系列成果，發表在國際重要期刊 (Phys. Rev. Lett. 112, 196101, 2014 ; Physics of Fluids 27, 092003, 2015 ; Physics of Fluids 29, 032001, 2017)。此外，在國際應用力學權威綜述期刊應邀發表綜述論文(Appl. Mech. Rev. 68, 030803, 2016 )，并獲得美國機械工程師協會The Lloyd Hamilton Donnell Applied Mechanics Reviews Paper Award (2016)。

　　論文第一作者是北京大學工學院力學與工程科學系研究生相耀磊。本研究工作得到了國家自然科學基金的支持。

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