这篇文档是关于《Leidenfrost抑制与硅纳米线阵列涂层表面滴水接触时间减少》的研究报告，发表于《International Journal of Heat and Mass Transfer》期刊，文章的主要作者包括Venkataraman Sahoo、Ching-Wen Lo和Ming-Chang Lu。该研究通过实验探讨了在超热超亲水（superhydrophilic）硅纳米线（SiNW）阵列涂层表面上滴水的Leidenfrost效应抑制和接触时间减少的现象。
滴水冲击（drop impact）是热管理系统中常见的现象，尤其在冷却系统、反冰冻技术、微流控和电子散热等应用中尤为重要。特别是在Leidenfrost效应（Leidenfrost effect）条件下，液滴会悬浮在表面形成稳定的蒸气层，导致热传递和质量传递显著降低。因此，如何抑制Leidenfrost效应并缩短液滴与表面接触的时间，成为了科学研究中的一大挑战。
该研究的目标是通过使用硅纳米线阵列（SiNW）表面，研究如何在保持高Leidenfrost点（LFP）的同时，减少液滴的接触时间。研究者希望通过设计具有优异毛细力和蒸汽分散能力的表面结构，来实现这一目标，从而提升热管理效率和减小热失效的风险。
首先，研究者通过电化学腐蚀法合成了不同高度的硅纳米线阵列（SiNW）。硅基片被浸入含有银离子（Ag+）和氢氟酸（HF）的溶液中，在室温下形成纳米线阵列。经过氧化和刻蚀后，得到自由立的硅纳米线阵列，纳米线的高度通过不同的刻蚀时间进行调控。
实验中使用了14μL的水滴，在不同的表面温度下进行冲击实验。液滴的半径保持在1.5mm，以确保液滴在冲击前呈现球形。为了观察液滴冲击过程，实验设置了高速相机进行视频捕捉，同时使用热电偶测量表面温度，保证表面温度在实验开始前达到稳态。
液滴的接触时间通过高速相机拍摄的图像序列来测量，研究者分析了不同Weber数（We）对接触时间和Leidenfrost点的影响。Weber数是液滴惯性力与表面张力之间的比值，用来衡量液滴冲击时的动态特性。
Leidenfrost点的测量是通过观察液滴在加热表面上的动态行为来完成的。当表面温度高于Leidenfrost点时，液滴开始在表面上跳跃。研究者通过不同温度下液滴的跳跃行为，确定了Leidenfrost点的精确温度，并与硅基表面的结果进行了对比。通过观察液滴在不同温度下的行为，研究者能够精确地测定Leidenfrost点的温度。
在数据分析过程中，研究者提出了一种新的理论模型，用于预测和解释纳米线阵列表面上的Leidenfrost点。该模型主要基于毛细力和蒸汽分散效应，解释了为什么纳米线结构能显著提高Leidenfrost点。
通过对不同高度硅纳米线阵列（SiNW）表面进行实验，研究者发现，在90μm高度的纳米线阵列上，Leidenfrost点达到了655 ± 14°C，这个值为目前文献中报道的最高值。理论模型表明，硅纳米线阵列表面上的优异毛细力和蒸汽分散效应导致了这种Leidenfrost点的升高。
研究表明，超热的超亲水硅纳米线阵列表面能显著减少液滴的接触时间。在液滴冲击过程中，液滴的接触时间从常规表面上的接触时间减少了91%。具体来说，90μm高度的硅纳米线阵列表面，液滴的接触时间降至1.3 ± 0.1毫秒，这也是文献中报告的最低接触时间。
研究还发现，液滴与超热硅纳米线阵列表面发生冲击时，液滴会在表面产生剧烈的气泡爆炸（jet-bouncing）。这一现象产生的向上的推力促使液滴迅速离开表面，从而有效减少了液滴的接触时间。这一发现对于提升热传递效率、避免热失效具有重要意义。
实验还展示了纳米线阵列表面结构对Leidenfrost效应的影响。较高的纳米线阵列导致了更强的蒸汽分散效应，从而进一步提高了Leidenfrost点。此外，表面纳米结构的高度和液滴的动态行为密切相关，研究揭示了不同高度的纳米线阵列在Leidenfrost点和接触时间上的不同表现。
本研究为理解和控制Leidenfrost效应提供了新的视角。通过在超热超亲水硅纳米线阵列表面上实现Leidenfrost效应的显著抑制和液滴接触时间的显著减少，研究者不仅在理论上提出了新的模型，还通过实验验证了这一模型的有效性。该研究的成果为热管理技术、冷却技术、以及高温系统中的液滴冲击控制提供了理论基础和应用前景。
在实际应用中，使用这种表面结构的技术可以广泛应用于高温散热系统中，尤其是半导体、航空航天和核能等领域，能够有效提升热交换效率，避免因Leidenfrost效应导致的热损失。
本研究不仅在理论上为Leidenfrost现象提供了更深刻的理解，也为实际工程应用提供了有效的解决方案。