西安交大张辉、董光能教授团队在液-固界面润湿调控领域取得重要进展

润湿（wetting）是液-固界面作用最基础、最核心的物理问题之一，相关研究不仅具有悠久的历史，也是备受关注的学术前沿。从1805年的Young氏方程，到1936年的Wenzel模型、1944年的Cassie模型，再到2016年的猪笼草口缘单向铺展……200多年来无数学者追寻着表面形貌对液体润湿、铺展的作用机理与物理本质。然而令人遗憾的是，润湿与铺展理论发展至今，表面形貌润湿性调控实现了“单方向调控”，但也局限在了“单方向调控”。通过表面微结构设计实现液体自驱动多向润湿铺展，使润湿从“不可预见”迈向“多向可调”，从而实现“润湿自由”，实现了润湿基础科学的重大突破，也为微流控、热管理、微量润滑和无源抗乏油等领域展现出了令人瞩目的应用前景。

西安交通大学机械工程学院张辉副教授、董光能教授团队提出了通过“颚口微阀”产生非对称表面张力驱动液膜，从而牵引液滴铺展的表面微结构设计方案；利用主体-尖端（bulk-cusp）构建微结构单元，形成不同方向的张力引导通道，实现了液滴4象限的可控润湿与铺展；巧妙利用“方形”与“十字”结构主体，调制前体液膜占比，实现了前体液膜与主液体的“耦合”与“分离”。

在应用验证中，将十字形-尖端（cross-cusp）布置于摩擦副接触区外围的非接触区域，利用其多方向自驱动铺展建立无源补液路径，使润滑剂持续引导并稳定汇入接触界面，构成“自集油表面”，实现了润滑剂的长效供给与摩擦学性能改善。此外，将方形-尖端（square-cusp）用于蒸发相变冷却场景，通过构建的液膜通道，提升了液体覆盖的均匀性和长效性，实现了稳定控温，验证了该结构在热管理中的应用潜力。

近日，该研究成果以《主体-尖端微结构用于可控多向液体铺展》（Bulk-cusp microstructure for controllable multi-directional liquid spreading）为题发表于国际期刊《自然通讯》（Nature Communications）。西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室为唯一通讯单位。西安交通大学机械工程学院博士生代松杰为论文第一作者，西安交通大学张辉副教授为通讯作者。论文合作者中，西安交通大学董光能教授为本研究工作提供了宝贵的建议。该研究得到国家自然科学基金的资助。论文中的形貌表征等测试工作得到了西安交通大学分析测试共享中心的大力支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-68237-8

张辉副教授团队主页：https://gr.xjtu.edu.cn/zh/web/zhanghui7