类型b
作者与机构、发表时间和期刊
这篇论文由张梦卓（Meng-Zhuo Zhang）、胡海豹（Hai-Bao Hu）、任柳臻（Liu-Zhen Ren）等人撰写，其中通讯作者为温军（Jun Wen）。作者来自西北工业大学航海学院和深圳研究院。该研究于2024年1月6日收到投稿，3月15日修订，3月16日被接受，并于4月2日在线发表在《Journal of Hydrodynamics》上。
主题与背景
本文是一篇综述性文章，主要探讨了仿生疏水表面的滑移特性及气膜稳定性增强方法的研究进展。仿生疏水表面因其潜在的高效减阻性能而成为海洋工程领域的重要研究方向，特别是在船舶运输和水下探测中，超过60%的能量消耗用于克服水流摩擦阻力。受荷叶表面微纳多级结构启发，研究人员开发了多种人工疏水表面（hydrophobic surfaces, HS）和超疏水表面（superhydrophobic surfaces, SHS），并将其应用于水下减阻技术。然而，目前对于固体-液体界面（solid-liquid interface, SLI）和气体-液体界面（gas-liquid interface, GLI）的滑移特性仍存在争议，尤其是局部滑移分布和气膜稳定性问题。因此，本文旨在总结近年来关于HS和SHS界面滑移特性以及气膜稳定性增强方法的研究进展。
主要观点及其支持内容
1. 固体-液体界面的滑移特性研究
作者通过分子动力学（molecular dynamics, MD）模拟系统研究了固体-液体相互作用强度、系统温度和剪切速率对SLI滑移行为的影响。结果表明，随着固体-液体相互作用强度的降低，滑移长度先增加后减少，这种现象可以通过第一层液体原子的加权平均能量势垒来解释。此外，在高剪切速率条件下，液态加热效应显著影响滑移特性。例如，在强固体-液体相互作用下，较高的温度会增强滑移；而在弱相互作用下，温度升高反而会减少滑移长度。这些发现揭示了滑移特性的复杂机制，并为优化HS的设计提供了理论依据。
2. 气体-液体界面的滑移特性研究
对于SHS上的GLI，作者利用MD和多体耗散粒子动力学（multibody dissipative particle dynamics, MDPD）方法研究了微结构尺度和驱动速度对滑移特性的影响。研究表明，随着GLI尺度的增大，滑移特性从有限滑移模型逐渐过渡到无限滑移模型，并提出了混合滑移边界条件模型（hybrid slip boundary condition model）。此外，实验观察到GLI上存在复杂的三维回流现象，这与表面活性剂在GLI上的吸附和聚集有关。通过构建环形GLI，可以有效抑制负滑移现象的发生。这些研究深化了对GLI滑移特性的理解，为提升SHS的减阻效果奠定了基础。
3. 气膜稳定性增强策略
针对SHS气膜的亚稳态问题，作者提出了一种基于润湿台阶效应（wettability step effect）的稳定性增强方法。通过在超疏水表面和亲水表面之间交替设计润湿台阶结构，能够有效固定三相接触线，从而维持气膜的稳定性。此外，作者还提出了一种基于动态气体补充（gas dynamic replenishment）的方法，通过向SHS微孔阵列注入气体，调节GLI形态并提高其稳定性。实验表明，这两种方法在层流和湍流条件下均能显著提高SHS的减阻效果，分别实现了超过70%和20%的减阻率。
4. 表面活性剂对滑移特性的影响
研究表明，溶解在水中的表面活性剂会显著影响GLI的滑移特性。通过微PIV（micro-particle image velocimetry）实验，作者观察到毫米级GLI上存在复杂的三维回流现象，且回流方向随GLI形态的变化而反转。这种现象是由表面活性剂在下游三相接触线处的吸附和聚集引起的Marangoni力驱动的。通过构建环形GLI，可以避免表面活性剂的积累，从而抑制负滑移现象。这一发现为解决实际工程中GLI滑移特性不稳定的问题提供了新思路。
意义与价值
本文系统总结了近年来关于仿生疏水表面滑移特性及气膜稳定性增强方法的研究进展，涵盖了从微观到介观尺度的实验和数值模拟成果。研究不仅揭示了HS和SHS界面滑移特性的复杂机制，还提出了多种创新性方法以提高气膜稳定性和减阻效果。这些研究成果为仿生疏水表面的设计和工程应用提供了重要的理论指导和技术支持，具有重要的科学价值和应用前景。例如，基于润湿台阶效应和动态气体补充的气膜稳定性增强策略，可广泛应用于船舶减阻、管道输送和水下机器人等领域，从而实现节能减排的目标。
亮点与创新点
1. 提出了混合滑移边界条件模型，统一了现有文献中关于GLI局部滑移分布的不同假设。
2. 通过实验首次观察到GLI上的三维回流现象，并揭示了其与表面活性剂吸附的关系。
3. 开发了基于润湿台阶效应和动态气体补充的气膜稳定性增强方法，显著提高了SHS的减阻效果。
4. 结合MD和MDPD模拟方法，全面研究了微结构尺度和驱动速度对GLI滑移特性的影响，为优化SHS设计提供了新思路。
本文通过对仿生疏水表面滑移特性和气膜稳定性增强方法的系统总结，为相关领域的研究者提供了宝贵的参考资料，并推动了水下减阻技术的发展。