机械工程与材料科学助理教授Patricia Weisensee和她实验室的博士生Junhui Li在使用高速成像方法研究了水滴撞击加热、光滑、防水表面时形成的微观捕获气泡后，得出了这一发现。研究结果发表在《科学》杂志上实验热与流体科学2022年1月1日印刷版。

这个只有几百微米大小的气泡是在水滴内部形成的，当它开始从表面升起时，它吸收了下面的空气。

Weisensee说:“我们正在液滴上制造毛细管波，因为当液滴撞击时，它会被压缩，然后通过液滴发出冲击波，形成一个甜甜圈形状的液滴，中间夹着气泡。”

在她的实验室里，Weisensee和Li在三种加热表面上测试了水滴:特氟龙和两种表面化学性质相似的材料:PDMS，一种生物相容性材料;HTMS，一种疏水硅烷基单层涂层。通过同步高速光学和高速红外成像，他们发现从光滑表面传递给水滴的热量随着扩散速度的增加而增加。此外，他们发现气泡的大小和形状随着表面温度的升高而变化。有趣的是，在液滴缩回过程中，由于气泡缩小了液固界面总面积，在表面温度为50C和65C时，总换热量分别减少了5.6%和7.1%。总的来说，整个过程只持续几毫秒，但对这些系统的冷却效率和液滴动力学有深远的影响。

Weisensee说:“我们发现，在液滴撞击对流或蒸发过程中，热传导是最突出的传热形式。”

此外，他们还在粗糙的表面上测试了液滴。由于摩擦增强，液滴的扩散面积较小，传热面积较小，因此传热速率较低，这最终会降低喷雾冷却过程的效率。

她说:“虽然我们在这项特殊的研究中使用了加热表面，但我们的发现对其他系统也有启示，在这些系统中，液滴会撞击表面，比如挡风玻璃、飞机机翼或风力涡轮机叶片。”“例如，在寒冷的条件下，你不希望液滴停留在那里并冻结。起飞很重要，这样你就不会淹没表面或在表面积聚大量液体。所以你需要知道液滴动力学和传热的相互作用。”