液滴弹跳是一种关键现象，广泛应用于自清洁、抗冰、热传递和能量收集等领域。以往的研究主要集中在通过表面工程改变弹跳行为上，而对液滴复杂性的影响了解较少。近日，香港城市大学机械工程系朱平安课题组和物理系柴愚课题组合作报道了高温液滴（由正十六烷、大豆油和硅油组成）在冷固体表面上的弹跳增强，涵盖了燃烧和非燃烧状态。其研究阐明了马朗戈尼效应在液滴自然冷却过程中所起的关键作用，该效应使气膜增厚，从而增强弹跳。这与室温液滴弹跳过程中持续的气膜压缩、莱顿弗罗斯特液滴悬浮中外部加热对气膜的增强，或热水滴因蒸汽凝结而导致的气膜崩溃形成鲜明对比。液滴的弹跳增强为进一步应用开辟了新途径，例如，通过实现燃料液滴的持续燃烧来提高效率，并有助于开发能够抵御燃烧液滴的阻燃涂层。相关工作以Self-lubricated bouncing of hot droplets为标题发表在Newton创刊号上。

燃烧液滴的弹跳增强

图1 燃烧液滴的弹跳增强

影响液滴弹跳的因素

图2 高温液滴弹跳增强的临界条件

气膜的演变

图3 撞击过程中液滴的气膜演变

马朗戈尼效应导致的自增厚气膜

图4 气膜增厚机制

应用前景

图表5 燃烧液滴反弹的应用

  本研究表明，高温液滴在多种固体表面上表现出增强的弹跳现象，这是一个普遍存在的现象，主要依赖于液滴的状态，而与表面特性无关。研究发现，燃烧液滴的火焰对弹跳动力学影响微乎其微，弹跳增强主要归因于液滴的高温。自发生成的热毛细流在加厚润滑气膜方面发挥了关键作用，从而防止液滴与表面直接接触。此外，弹跳增强现象适用于低挥发性热液体，如n-十六烷、硅油和大豆油，而挥发性热水则因蒸汽冷凝引起的润湿效应而表现出抑制的弹跳。研究预计将激励进一步探索液滴的温度分布及其复杂性对弹跳动力学的影响，从而扩展液体排斥涂层的应用。

  论文第一作者为香港城市大学机械工程系博士后研究员刘玉芳博士和博士生郑雨桐，通讯作者为香港城市大学机械工程系助理教授朱平安和香港城市大学物理系助理教授柴愚。

  论文信息

  Liu, Y., Zheng, Y., Zhou, Y., Zhao, W., Li, Y., Tang, S., Wang, C., Wang, S., Chai, Y., Zhu, P. (2025). Self-lubricated bouncing of hot droplets. Newton, 1(1), 100014. 

  https://doi.org/10.1016/j.newton.2025.100014