麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)找到了一種控制凍結(jié)液滴撞擊表面的活動(dòng)的方法，使其能夠確定液滴是否會(huì)粘附，反彈或“自剝”。這一發(fā)現(xiàn)可能對(duì)未來的3D打印機(jī)和其他技術(shù)產(chǎn)生影響。例如，您可以想要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)非常光滑的表面，以減少機(jī)械部件的摩擦，或調(diào)整廚房用具的表面熱導(dǎo)率。然而，對(duì)于一組麻省理工學(xué)院研究人員來說，精確控制表面性質(zhì)的能力使他們能夠做出非常不尋常的事情：控制影響液滴的行為。
冷凍過程中的水滴在碰到表面時(shí)傾向于兩件事：凝固或反彈。而在某些工程應(yīng)用中，冶金，一些3D打印工藝， 這個(gè)二進(jìn)制的結(jié)果可能是非常重要的。問題在于，很難預(yù)測(cè)或控制液滴的流向。到目前為止，對(duì)這種液滴的行為的研究?jī)A向于集中在它們落下的表面的疏水性質(zhì)：換句話說，這些表面是否傾向于吸引或排斥水。但麻省理工學(xué)院的研究人員他們正在研究那些表面的熱性能，認(rèn)為這些表面的熱性能“調(diào)諧”可以允許控制液滴的各種應(yīng)用。

麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系副教授克里帕·瓦拉納西（Kripa Varanasi）說：“我們發(fā)現(xiàn)了很有趣的東西，我們有兩種基材具有相似的潤(rùn)濕性質(zhì)（在表面上擴(kuò)散或卷起的趨勢(shì)），但具有不同的熱性能。“對(duì)于研究人員的驚喜，與常見的假設(shè)相反，兩種底物的行為方式非常不同。

熔融金屬液滴“脫落”硅樹脂基材，但是緊貼玻璃表面。由于玻璃是一種良好的絕熱材料，實(shí)驗(yàn)使研究人員相信，可以通過調(diào)整其沖擊表面的熱性能來控制液滴的附著力。瓦拉納西說：“它為我們控制這種液固相互作用的結(jié)果提供了新的工具。”通過熱性質(zhì)，研究人員不僅僅在談?wù)摐囟取Ｏ喾?，諸如熱效率的因素 - 材料可以交換熱量的速率發(fā)揮很大的作用。即使每個(gè)溫度相同，它比木制板子感覺比在一個(gè)石頭地板上更冷。這是因?yàn)榫哂休^高熱效率的石材表面可以更快地將熱量從您的腳上吸走。并且液滴的行為是相似的。當(dāng)他們?cè)谝后w和基底之間的界面研究局部冷凍機(jī)制時(shí)，研究人員注意到液滴外邊緣條紋的逐漸發(fā)展。

這一切都是在一臺(tái)熱敏高速攝像機(jī)上拍攝的，它顯示“當(dāng)冰塊凍結(jié)時(shí)，液滴意外地卷曲起來并從表面上分離出來。”研究人員創(chuàng)造了“自剝”一詞來描述這種卷曲和分離現(xiàn)象。“這種現(xiàn)象的主要成分是短時(shí)間流動(dòng)動(dòng)力學(xué)之間的相互作用，這種動(dòng)力學(xué)確定了附著力，并導(dǎo)致更長(zhǎng)的時(shí)間尺度的熱效應(yīng)。知道這一點(diǎn)，研究人員可以組合一個(gè)“設(shè)計(jì)圖”，其中概述了關(guān)鍵的熱性質(zhì) - 溫度，滴落和底物的揮發(fā)性等 - 影響液滴是否會(huì)粘附，反彈或“自剝”。

麻省理工學(xué)院研究人員的主要實(shí)驗(yàn)包括研究熔融金屬液滴在各種表面時(shí)的行為。這是特別感興趣的領(lǐng)域，因?yàn)樯婕敖饘賴娡康某练e的工業(yè)過程取決于理解和控制金屬液滴的粘附。研究人員在他們的研究論文中解釋說：“這些見解在從熱噴涂和添加劑制造到極紫外光刻的過程中具有廣泛的應(yīng)用。

為了實(shí)際應(yīng)用他們的研究結(jié)果，研究人員設(shè)想了一個(gè)能夠立即調(diào)整表面特性以使液滴粘滯或反彈的系統(tǒng)。有時(shí)候，這樣調(diào)整溫度也是一樣簡(jiǎn)單，盡管也可以進(jìn)行更復(fù)雜的調(diào)整。