（一） 项目简介
本项目将CAD三维建模与3D打印结合，并引入到超疏水功能表面的制备，以获得不同形状及特征尺寸的阵列样品；在功能表面样品上，完成定向运输、防冻及减阻实验，进行结构与性能的表征；建立功能表面液滴滞后过程的瞬态方程，结合自由能变化与全局自由能能垒，构建液滴滞后与表面结构参数之间的关联，明晰表面润湿机理。旨在提高功能表面制备效率、降低成本、改善液滴各向异性可控性，获得具有理想超疏水性能的阵列结构类型与参数。
（二） 研究目的
超疏水功能表面是人们仿照自然界生物体表面（如荷叶、水黾等，图1）制备的一种具有特殊浸润性的智能可控润湿性表面[1]，可实现表面自清洁、腐蚀防护、油水分离、以及液体收集等功能，并且广泛应用于交通运输、生物、微机械、航空航天等领域。然而，在超疏水功能表面制备与润湿机理的研究中，存在一些亟待解决的问题。其中，现有的制备方法存在各自的缺点，例如，电火花切割、激光刻蚀的效率低、成本高；电化学刻蚀及沉积难以加工出高径比较大的柱状阵列；氧化法只适用于金属基体的超疏水改性；热压印对表面阵列结构的尺寸有要求，难以保证高尺寸精度；活性聚合物自组装法的条件苛刻，制备时间长。而在润湿机理的研究中，现有的理论模型对于超疏水表面的润湿机理解释具有一定的局限性，不能确定前进角和后退角，无法完美的解释滞后，且实际表面对应的接触角也并非唯一。因此，开发高效、低成本、环境友好的制备技术，阐明表面的润湿机理，研究表面结构的几何形貌与表面浸润性的定量关系，提高其可控性、强度和持久性，一直是超疏水功能表面研究的热点。
基于此，本项目在超疏水功能表面的制备中，结合CAD三维建模与3D打印技术，获得具备不同形状及特征尺寸的阵列样品；完成定向运输、防冻及减阻实验，并进行结构与性能表征，研究超疏水结构阵列参数对其表面性能的影响规律；建立功能表面液滴滞后过程的瞬态方程，并在此基础上结合自由能变化与全局自由能能垒，构建液滴滞后与表面结构参数之间的关联，明晰功能表面的润湿机理。项目的研究，旨在提高超疏水功能表面的制备效率、降低成本、改善液滴各向异性可控性，获得具有理想超疏水性能的阵列结构类型与参数。该项目的研究，对于推动超疏水功能表面的高效、低成本制备以及工程应用，具有一定的科学意义与工程价值。
 
(a) (b)
 
(c) (d)
图1 自然界中的超疏水现象[1]：(a)、(b) 不沾水的荷叶，(c)、(d) 水面上健步如飞的水黾。
（三） 研究内容
本项目主要研究内容在于：
1. 超疏水结构阵列参数对其表面性能影响规律的实验研究
首先采用3D打印技术，结合CAD三维建模，制备不同形状及特征尺寸的超疏水结构阵列；然后采用Never wet喷雾对样品进行低表面能处理得到超疏水性能；通过对超疏水功能表面的组织结构、能量变化、润湿程度等进行表征，从实验上明晰超疏水结构阵列参数对其表面性能的影响规律。
2. 液滴在超疏水结构阵列表面滞后过程的理论分析
选取液滴在超疏水表面滞后过程中关键性的五个状态（初始态、预前进态、前进态、预后退态、后退态）作为研究对象，用静态研究方法描述液滴的滞后过程；通过上述研究，经简化和统计，构建用于描述超疏水表面上液滴滞后过程的瞬态方程，以确定超疏水表面性能与结构阵列参数的联系。
3. 不同应用条件下超疏水性能分析与润湿机理揭示
通过对超疏水表面能量及粗糙度变化的分析，进一步修正瞬态方程，建立超疏水表面定向运输、防冰、减阻性能与结构阵列参数之间的内在关联，揭示不同应用条件下超疏水结构阵列表面性能的润湿机理，得到具有最佳超疏水性能的结构阵列参数。
（四） 国、内外研究现状和发展动态
对超疏水功能表面的研究，目前主要集中在超疏水功能表面的制备方法、润湿机理以及工程应用等方面。
在超疏水功能表面制备方面，除传统的电火花切割、热压印等方法以外，研究者们也尝试采用其它方法完成表面制备。其中，Wu等[2]在不锈钢基体上通过飞秒激光技术加工出微米级锥状结构，再通过水热法在表面生成了一层ZnO薄膜降低了表面能从而加工出超疏水表面，接触角为160°左右。Nakajima 等[3-4]利用溶胶—凝胶的方法制备薄膜，经氟硅烷修饰后，液滴在表面的接触角大于150°，具有良好的超疏水特性。Setchi等人[5]采用化学气相沉积的方法在钢材表面制备出具有超疏水特性的碳纳米管层，接触角可达167°且滚动角很小。Wu等人[6]采用电化学腐烛的方法，制备出纳米棒阵列。经过修饰后，该表面对水以及包括原油在内的多种液体具有不浸润性，接触角都在150°之上，具有良好的双疏特性。Zhao等人[7]釆用层层吸附法制备出具有粗糙结构的二氧化硅小球薄膜，经过低表面能物质修饰后，接触角大于150°，接触角滞后小于10°，显示出良好的疏水性。Luo等人[8]利用聚合物／(溶剂-非溶剂)的相分离过程制备出了具有超疏水性能的聚丙烯（PP）薄膜，其与水的接触角可高达160°±2°。
 
图2 飞秒激光加工锥状结构[2] 图3 溶胶—凝胶制备薄膜[3]
 
图4 化学气相沉积制备超疏水阵列[5] 图5 电化学刻蚀超疏水阵列[6]
在润湿机理方面，早在1805年，英国物理学家托马斯·杨针就针对理想刚性光滑表面提出了著名的Young方程[9]，为研究固体表面润湿行为奠定了理论基础。但由于托马斯·杨在提出杨氏理论时并未考虑到粗糙结构的存在，所以在同一固体表面的表观接触角与 Young方程计算的本征接触角会出现一定差异。为此，1936年Wenzel[10]对杨氏方程进行了修正并提出“粗糙度因子(roughness factor)”概念。但随后Cassie和Baxter[11]发现当固体表面由不同种类化学物质组成时，Wenzel方程是不适用的。于是提出了“复合接触”的概念，建立了一种新模型— —Cassie模型以描述复合浸润状态。此后，Jopp[12]等经过细致的研究发现：固体表面粗糙结构的改变也可以导致固体表面的润湿状态在 Wenzel 模型和 Cassie 模型之间转变。而且，许多情况下中等大小的接触角可出现在复合润湿状态中，这意味着复合和非复合两种润湿状态在同种特殊的表面上能够共存[13-14]。因而在两种润湿状态之间可能存在一种过渡类型的润湿状态。随后 Patankar[13]结合过渡态模型，研究了 Cassie状态向Wenzel状态转变的过程。Li等[15-16]从热力学角度出发，理论上证明了过渡态的不稳定性，最终将转变为非复合或复合态。
 
(a) (b)
图6 (a) Wenzel模型示意图，(b) Cassie-Baxter模型示意图
在工程应用方面，Zhang等人[17-18]通过研究发现，在相同的加速激励下，经过超疏水处理的金属针在水中的运动速度是只经过疏水处理表面金属针的1.7倍，可以从侧面显示出超疏水界面可以降低液体和固体相对运动时的阻力。Sun等人[19]釆制备铜基底特殊润湿性膜，实现了对水和油混合物的有效分离。Zhang等人[20]在铜基底表面制备出具有优异的超疏水性和很低的粘着性的结构，使其有望在热交换器或低温运行设备等领域获得应用。Byon等人[21]釆用等离子体刻蚀的方法制备出具有超疏水性能的喷嘴。由于该喷嘴对液滴的粘附力比较小，可以有效的控制静电喷涂过程当中液滴喷涂的均勾性。Seo等人[22]在超疏水微纳米线的阵列表面构建出具有超疏水性的沟壑，通过此沟壑引导液滴在表面上的运动。Morita[23]等人采用光刻法制备了各向异性阵列表面，证明了化学结构对各向异性的润湿性存在很大影响，实现了无损定向运输。Huang[24]等人采用电化学刻蚀法制备了各向异性超疏水表面，解决了高温下液体定向运输的问题；Rustem[25]等人提出了活性聚合物自组装的方法制备各向异性超疏水表面，液滴可按设计路线实现无损定向运输。Song[26]等人通过热压印制备出了具有微沟槽结构的功能表面，实现了液滴在各向异性超疏水表面的定向流动。
     
图7 油水分离示意图[21]
  
图8 结冰实验图[22]
  
图9 无损定向运输图[24]
综上所述，目前广大学者针对超疏水功能表面的制备、润湿机理以及工程应用等方面开展了很多工作，并取得一定成果。但遗憾的是，有以下三个问题没有得到很好的解决：其一，在表面制备中，难以制备出特殊结构与形貌的试样，部分制备方法的条件苛刻，制备时间长、效率低、成本高；其二，在润湿机理的研究中，表面结构的几何形貌、尺寸与表面的浸润性，尤其是与滞后直接相关的定量关系有待建立与明晰；其三，在工程应用研究中，超疏水功能表面的可控性、强度及持久性有待提高，其结构阵列参数还需进一步优化。
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（五） 创新点与项目特色
项目的创新点在于：
（1）建立超疏水表面液滴滞后过程瞬态方程，表征接触角滞后与表观接触角之间的关系，结合自由能变化与全局自由能能垒，构建表面结构的几何形貌、尺寸与表面浸润性之间的关联，为阐明功能表面的润湿机理提供新的思路。
（2）表面润湿性可控：在所建立的瞬态方程基础上，通过定向运输、防冻、减阻等实验，对功能表面的润湿性能进行调控，快速、高效地筛选出定向运输精准、防冰性能好、减阻能力强的结构阵列参数，并对其参数组合进行优化，实现其最佳超疏水性能，为超疏水功能表面的优化设计提供理论依据与方法。
（六） 技术路线、拟解决的问题及预期成果
一、项目的技术路线
本项目拟采用理论计算与实验研究相结合的方式，其技术路线如图10所示，研究工作按“实验研究——理论分析——机理揭示”的思路开展。实验研究方面：拟采用3D打印制备不同维度、不同形貌尺寸的超疏水结构阵列，采用XRD、SEM、表面粗糙度仪等表征材料的组织结构，采用AFM、高速摄像机、接触角仪等测试超疏水表面的力学、弹跳等性能，以得出最优的超疏水结构阵列。理论分析方面：拟采用静态研究方法描述液滴的滞后过程，得到用于描述超疏水表面上的液滴滞后过程的瞬态方程，用于解释超疏水表面的定向运输性能、防冰性能、减阻性能等。机理揭示部分：通过对超疏水表面能量及粗糙度变化的分析，进一步修正瞬态方程，建立超疏水表面定向运输、防冰、减阻性能与结构阵列参数之间的内在关联，揭示不同应用条件下超疏水结构阵列表面性能的润湿机理，得到具有最佳超疏水性能的结构阵列参数。
图10 项目研究技术路线图
具体研究过程如下：
1. 超疏水结构阵列参数对其表面性能影响规律的实验研究
（1）根据实验目的，制备不同维度、不同形貌尺寸的超疏水结构。采用三维CAD建模软件，设计出具备不同维度、不同形状及特征尺寸的超疏水阵列模型，并以此确定样品的结构与尺寸；接着，使用Superfine3D打印机制备出所设计的超疏水阵列；最后，采用Never wet喷雾对样品进行低表面能处理，使得制备的样品从亲水性转变成超疏水性能，液滴在其表面的接触角大于150°，具有良好的超疏水自清洁性能。
（2）对制备的超疏水结构阵列进行定向运输、防冻、减阻实验。对同一维度、同一尺寸，但具有不同形貌的超疏水结构在相同条件下分别进行弹跳实验以得出最佳超疏水结构，为定向运输、防冻、减阻实验打下基础。在弹跳实验中，通过分析液滴在阵列上铺展到最大接触面积的时间以及弹跳离开阵列表面所需的时间等条件来得出具有最佳超疏水性能的形貌结构。确定最佳形貌后，对不同维度、同一尺寸的超疏水结构进行定向运输、防冻、减阻实验，以分析不同维度对超疏水性能的影响。最后，在选择好最佳形貌和维度后，对不同尺寸的超疏水结构进行定向运输、防冻、减阻实验，以确定具有最佳超疏水性能的结构尺寸。在定向运输实验中，通过液滴在所设计的阵列结构上定向运输的精准度来判断该阵列定向运输的好坏；在防冻实验中，通过反复的结冰/融冰实验分析液滴在不同阵列表面结冰时间长短来判断该阵列防冰性能的好坏；在减阻实验中，给与液滴同等推力，通过液滴在不通阵列上运动的距离以及速度来判断该阵列减阻性能的强弱。
（3）进一步采用XRD、SEM、AFM、表面粗糙度仪、接触角仪等对不同维度、不同形貌尺寸的阵列进行表征分析。
采用XRD分析制备表面的物相组成，将制备样品与低表面能处理后的样品进行XRD检测，将两者之间的物相进行对比，分析其样品从亲水性到超疏水性能的转变原因以及分析同种材料下，不同维度、不同形貌尺寸是否对其阵列表面所吸收低表面能喷雾的程度存在影响，是否对其表面物相存在影响；
采用SEM观察超疏水表面的结构形貌，分析不同阵列表面的微观表征，以及观察不同实验条件前后同一样品的微观表征以分析解释不同实验结果的成因；
采用表面粗糙度仪观察超疏水表面的粗糙度变化，分析不同阵列表面粗糙度情况，以及观察不同实验条件前后同一样品粗糙度变化，分析不同粗糙度对超疏水表面性能的影响；
采用高速摄像机组记录液滴在超疏水表面的动态过程。在弹跳实验中，进一步分析出液滴在不同形状阵列表面的弹跳高度、弹跳指数等；在定向运输实验中，进一步分析液滴在该阵列上的定向运输准确性以及液滴在该表面的定向运输情况；在防冰实验中，进一步分析液滴在不同阵列表面的结冰时间以及结冰过程、成核状态等；在减阻实验中，进一步分析液滴从滚动到静止的时间以及滚动距离，滚动速度等；
采用接触角仪观察计算前进接触角、后退接触角以及表观接触角之间的关系，分析不同维度、不同结构形貌尺寸对前进接触角、后退接触角以及表观接触角的影响。同时分析不同实验前后前进接触角、后退接触角以及表观接触角之间的变化；
采用AFM测试超疏水表面的力学性能，以分析液滴在超疏水表面的润湿性能变化与原子力之间的关系，来确定其超疏水表面的强度与持久性。同时分析不同实验条件和实验次数下，同一样品的表面力学性能的变化。
（4）在实验表征基础上，分析不同超疏水结构阵列参数对其表面性能影响规律，为后续瞬态方程、结构尺寸、形貌特征等方面的优化打下基础。
2. 液滴在超疏水结构阵列表面滞后过程的理论分析
（1）选取液滴在超疏水表面滞后过程中关键性的五个状态（初始态、预前进态、前进态、预后退态、后退态）作为研究对象，用静态研究方法描述液滴的滞后过程；研究上述所述液滴的预前进态、预后退态对应的前进角、后退角的半角正切值与初始态的平衡表观接触角的半角正切值之比，与相应两状态的三相接触线的半径比之间的关系；在此基础上，经简化和统计得到用于描述超疏水表面上的液滴滞后过程的瞬态方程。
通过直接方法测试前进/后退接触角，如上所述用微注射器加减液体方法，通过多次试测可确定前进或后退接触角，由此确定接触角滞后。在前进/后退过程中，分析表面自由能变化，即分析预前进态/与后退状态与初始态之间的液滴–表面系统液–气界面自由能的变化。通过直接/间接方法测量表观接触角，如对铺展在固体表面上的液滴或气泡形状进行直接照相，然后通过量角或测高手段从相片上测量接触角；或者利用毛细管根据毛细液面上升或下降的高度来推算接触角等。
建立方程表明前进或后退接触角与表观接触角以及三项接触线之间的关系。针对上述前进/后退接触角实验，前进或后退接触角是表观接触角的极限，是液滴运动状态临界点，对应于某一瞬时状态，可建立相关的瞬态方程。
（2）在微观层面上，利用 Cassie 方程、Wenzel 方程中的结构因子分别将复合态与非复合态所对应的平衡表观接触角与微结构参数联系起来。同时基于（1）的结论，利用所建立的瞬态方程来分析解释超疏水结构阵列的不同维度、形貌尺寸对其表面性能的影响，并结合对不同维度、形貌尺寸中组织结构、能量变化、润湿程度等的分析，进一步建立超疏水表面性能与其结构阵列参数之间的关系。
针对某些人工和自然超疏水表面的一级微结构，提出一级柱形微结构模型；将一级柱形微结构表面的疏水性能同方柱的宽度、间距和高度联系起来；分别针对复合和非复合润湿状态，建立起超疏水表面上液滴的表观接触角(Cassie接触角、Wenzel接触角)、接触角滞后、自由能变化、自由能能垒、粘附功和铺展系数与柱形微结构之间的数学关系。通过比较粘附功和能垒的变化，从数学角度解释液滴运动时所需克服的能垒与固–液界面的润湿状态的关系，以及三相接触线附近的接触状态和表面的材料化学性质与固–液界面的润湿状态的关系。并从数学的角度解释超疏水表面对于凝结的水分子团簇丧失疏水性。
同样，受荷叶表面二级微结构和仿荷叶表面微结构的启发，我们亦提出仿荷叶的二级微结构柱形模型，通过以上同样的方式建立起仿荷叶表面的超疏水性能和表面微结构之间的关系。从结构参数的数量变化解释二级结构为何能够有效降低接触角滞后；并从能垒和粘附功的角度讨论超疏水表面上的液滴润湿状态的复合与非复合状态之间的转换。
上述工作完成后，利用分形几何建模讨论了具有不同等级（或多尺度）微结构的超疏水表面的疏水性质，提出液滴润湿状态的转换与分形维度的关系（外界条件相同），以及液滴润湿状态的转换与表面的微观粗糙度的关系，并求出用于转换的临界粗糙度值。
（3）针对固体表面上液滴或液滴滞后现象，利用自由能变化、全局自由能能垒用于解释液滴的滚动能力，特别是超疏水现象的热力学机制。并利用瞬态方程将提出的用于解释超疏水性的自由能变化、全局自由能能垒与表面微纳结构参数联系起来。从液滴和表面两个方面来描述超疏水性能的获得。
3. 不同应用条件下超疏水性能分析与润湿机理揭示
结合上述实验结果、结构表征以及理论分析，对同一实验不同结构阵列的超疏水表面以及同一结构阵列表面不同实验前后能量变化、粗糙度变化进行整理，并将其与超疏水表面的润湿性能联系起来，建立超疏水表面定向运输性能、防冻性能、减阻性能与结构阵列参数之间的内在关联；揭示不同超疏水结构阵列表面性能的机理，得到具有最佳超疏水性能的结构阵列参数。
（1）将XRD、SEM、AFM、表面粗糙度仪、接触角仪等实验设备在同一实验不同结构阵列的超疏水表面以及同一结构阵列表面不同实验所测量的数据进行记录。分析实验前后超疏水表面能量变化以及粗糙度变化的过程，以及分析超疏水表面的不同结构阵列对超疏水表面能量变化以及粗糙度变化的影响。如在同一实验不同结构阵列的超疏水表面，通过前期采用XRD、表面粗糙度仪等所记录的数据，对不同结构阵列的能量变化和粗糙度变化进行对比，得出不同结构阵列与表面能量和粗糙度之间的影响，揭示超疏水表面的结构机理。
（2）建立结构机理与超疏水表面润湿性能之间的内在关系。
在定向运输性能方面，对液滴在不同结构阵列的定向运输准确性以及定向运输路程和时间进行分析。通过高速摄像机所记录的定向运输过程分析液滴的流动稳定性，并通过XRD、SEM、AFM、表面粗糙度仪、接触角仪等研究表面形貌对定向运输的影响。分析微小结构对液滴所产生阻力、微小结构对液滴产生的表面张力以及每两个微小结构之间的间隙中液滴渗入量等与定向运输准确性、定向运输路程和时间之间的联系，揭示不同超疏水结构阵列表面定向运输性能的机理。
在防冻性能方面，对液滴在不同结构阵列的结冰时间以及防冻持久性进行分析。通过高速摄像机所记录的结冰过程分析液滴的结冰时间以及成核状态，并通过XRD、SEM、AFM、表面粗糙度仪、接触角仪等研究表面形貌对防冻性能的影响。分析不同温度下，微小结构与液滴之间的传热效率、微小结构在多次破冰/融冰之后的能量损耗、元素变化等与结冰时间以及成核状态之间的联系。同时，分析微小结构在多次破冰/融冰之后的超疏水表面强度和防冻持久性能的变化。揭示不同超疏水结构阵列表面防冻性能的机理。
在减阻性能方面，在给与液滴同等推力的情况下，对液滴在不同结构阵列的运动路程、时间以及速度进行分析。通过高速摄像机所记录的液滴运动过程分析液滴的滚动距离和滚动速度，并通过XRD、SEM、AFM、表面粗糙度仪、接触角仪等研究表面形貌对减阻性能的影响。分析不同阵列的表面粗糙度给液滴带来的阻力、微小结构本身对液滴产生的阻力、微小结构形状对液滴产生的表面张力以及每两个微小结构之间的间隙中液滴分布情况等与液滴运动路程、时间以及速度之间的关系，揭示不同超疏水结构阵列表面减阻性能的机理。
二、拟解决的关键问题
本项目拟解决的关键问题在于：结合理论和实验分析，获得可用于描述超疏水功能表面液滴滞后过程的瞬态方程，构建表面定向运输、防冰、减阻性能与结构阵列参数之间的内在关联，获得最佳超疏水性能的阵列结构，改善表面的可控性、强度及持久性。
三、预期成果
（1）建立可用于描述超疏水表面液滴滞后过程的瞬态方程，并利用瞬态方程来分析解释不同超疏水结构阵列参数对其表面性能的影响，建立超疏水表面性能与其结构阵列参数之间的关系；
（2）得出具有最佳超疏水性能的结构阵列参数，并采用3D打印技术对该结构进行制备，为其在交通运输、微流体装置、生物医学、航空航天等领域的应用打下坚实的基础；
（3）公开发表2-3篇与立项项目相关的高水平期刊论文；
（4）申请2-3项发明专利；
（5）撰写结题报告1份。
（七） 项目研究进度安排
2019.04 - 2019.07 进一步熟悉3D打印机的性能，掌握相关指令代码的含义和操作步骤，结合三维CAD软件完成多种试样设计与制备；
2019.08 - 2020.01 对以制备的超疏水结构进行理论和实验研究，得到用于描述超疏水表面上的液滴滞后过程的瞬态方程；
2020.02 - 2020.04 对制备的样品进行定向运输、防冰、减阻实验，并对其实验样品进行表征分析，以得出具有最佳超疏水性能的结构阵列。
2020.04 - 2020.05 撰写总结报告，完成论文和国家发明专利的撰写以及修改。
（八） 已有基础
一、与本项目有关的研究积累和已取得的成绩
针对本项目，项目组已完成以下工作积累：
1、搜集并阅读了大量国内外关于超疏水表面制备及其功能应用的文献，并对部分经典的外文文献进行翻译，对国内外研究现状、发展趋势及技术热点、难点有了较为全面的了解；
2、学习了相关软件，为设计超疏水表面结构阵列以及后续分析打下理论基础；
3、完成了超疏水表面制备以及性能研究试验方案的设计，以保证超疏水试验的顺利开展；
4、针对上述实验方案，本项目组提前开展了部分实验工作：
（1）利用有限元软件Solidworks设计了五个不同形状的超疏水结构阵列，采用3D打印制备出样品（如图11所示）。利用接触角仪对其接触角进行检测，并对其进行了弹跳实验（如图12所示）。实验结果发现：液滴在交错长方体阵列上的接触面积大于其他阵列，所产生的表面张力较大，弹跳性能最好。同时，还发现弹跳指数与表面接触时间成反比，阵列结构形状不同，相应的液滴接触面积不同；而接触面积越大，液滴渗入阵列内部更为充分，毛细张力增大，向上的加速度变大，回弹速度加快，液滴与表面接触时间缩短。
（2）选取长方体、圆柱两种具有代表性的结构阵列进行各向异性润湿性实验（如图13所示），通过改变长方体结构阵列的间距和宽度以及圆柱阵列的高度差来分析其结构尺寸对各向异性润湿性的影响（如图14所示）。结果表明在长方体结构阵列中，宽度一致时，液滴在Y方向的滚动角会随着间距的增大而减小等；在圆柱阵列中，液滴的各向异性润湿性程度随相邻圆柱体高度差的增大趋于显著。
（3）结合（2）的结果，选取长方体和圆柱阵列中最具有代表性的结构尺寸进行定向运输实验（如图15所示），并对液滴流动的准确性以及滚动时间进行分析。结果表明：高度差为1mm的圆柱体阵列，及宽度为0.7mm、间距为0.7mm的长方体阵列的定向运输性能最佳，液滴可按照设计的路线精准流动。同时得出在各向异性超疏水表面中，当黏附力大于惯性力，且各向异性润湿性较为显著时，液滴可按所设计的路线实现精准定向运输。
（4）通过上述结论，本项目组还以长方体结构阵列为基础，制备了不同形貌尺寸的样品，用于防冻实验中。考虑到防冻实验中样品和液滴的温度变化与样品所处环境、空气流动以及样品的传热效率有关，本项目组将空心砖结构与实心结构进行对比，以研究其空气流动对超疏水结构表面防冻性能的影响。同时对所述样品阵列进行接触角检测，发现交错空心砖结构阵列的接触角明显大于其他结构阵列，且空心砖结构与实心结构接触角基本一致。其余防冻性能还需进一步进行实验检测。
基于上述研究，目前撰写论文情况如下：
[1] Performance of Anisotropic Sliding Superhydrophobic Surface Fabricated by 3D Printing for Directional Transport.(已投稿RSC Advances，SCI三区)
 
(a) 正六棱柱阵列 (b) 正三棱柱阵列
 
(c) 圆柱体阵列 (d) 正方体阵列
(e) 交错长方体阵列
图11 试样实物图与SEM图 (unit:mm)
图12 液滴弹跳过程
 
(a) 圆柱阵列 (b) 长方体阵列
图13 各向异性试样示意图与实物图 (unit:mm)
图14 试样表面润湿性机理分析
 
(a) 圆柱阵列 (b) 长方体阵列
图15 液滴定向运输实验过程
二、已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法
项目申请人所在的（中国）股份有限公司官网汽车与机械工程学院，拥有“现代制造技术实验室”、“现代机械装备数字仿真技术实验室”和“工程车辆轻量化与可靠性技术实验室”等一批湖南省与交通部重点实验室，拥有相关制备和检测设备，为本项目的研究工作提供了良好的实验条件，主要实验设备与检测设备如下表所示：
表1 实验设备列表
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