发现,以往研究中引入的、普遍使用的临界压力模型被大大简化了。例如,对液-汽界面形态的描述不佳,导致所制造的结构比必要的小很多倍,而且在机械性能上也较弱。研究人员在本研究中开发了一个更为复杂的模型,不仅实现了临界压力的定量精度,而且成功地模拟了所需的复杂界面形貌。在研究最小能量转换机制的第三个参数时,科学家们确定了三种失效机制。例如,表面设计的失败可以通过一系列额外的扰动引发,包括流动、振动、蒸发、冷凝、液滴冲击、变化的电场和磁场或纳米尺度的热波动。
在实际应用中,故障可以由一系列扰动引起。为了制造出一种抗破坏的纹理,科学家们结合了最大能量通路(MEP)来考虑组合失败的最坏情况。确定了三个过渡路径(1)基触点(BC),(2)柱触点(PC)和(3)帽触点(CC),然后量化了结构参数空间中的每一个屏障,最后评估给定表面几何形状的最可能的能量转移机制。对确定的结构特征进行了同步优化,以最大限度地提高临界压力、最大限度地降低能量屏障和最大限度地提高CAH。
为此,对用于水净化和数字微流体的两种膜进行了优化设计,遗传算法可以有效地在参数空间中定位优化设计,并为特殊润湿性应用设计更复杂的结构。通过这种方法,科学家们开发了高度通用的计算技术,来研究任何与多种流体相接触的介观结构表面。该多面优化策略可以进一步改进,以提高可靠性和可扩展性,并结合先进制造技术,包括3d打印和平版印刷方法,以有效地设计现实世界的超疏水性表面。
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参考期刊《科学进展》
DOI: 10.1126/sciadv.aav7328
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