液滴撞击固体表面是自然界与工业生产中的常见现象，在微纳制造尤其是光刻技术中具有关键作用。随着基底材料向柔性化、超弹性方向演进，传统基于刚性模型的液滴撞击理论已难以支撑新兴工艺的发展需求，该领域面临实验观测手段局限与理论模型缺失的挑战。

近日，力学所超常环境非线性力学全国重点实验室物理力学课题组在液滴撞击动力学统一标度律方面取得了重要进展。该成果以“Unified 1/2 scaling laws for droplet impact dynamics: from rigid to flexible thin films”为题发表于《Droplet》期刊。

团队通过自主搭建的单相机高速三维数字图像相关系统（3D-DIC），实现了液滴撞击柔性薄膜引发微米级变形的精确动态测量。结合移动接触线理论与弹性力学分析，研究团队首次提出了结构耦合响应数（Sn），成功将液滴撞击从刚性到柔性表面的铺展行为统一于同一标度律框架，理论预测与实验数据高度吻合。

研究进一步揭示，液滴在柔性表面的最大铺展直径始终小于刚性表面，其根源在于固-液界面的动态耦合变形。借助3D-DIC系统，团队清晰捕捉了液滴撞击下薄膜的瞬态挠曲过程，阐明了变形机制，并基于所提出的Sn数推导出具有普适性的1/2标度律。此外，研究发现在相同润湿性条件下，基底柔性可显著促进液滴回弹，展现出良好的运动可控性；团队据此建立了液滴实现完全回弹的能量判据。该研究不仅填补了柔性表面液滴撞击动力学在实验与理论方面的空白，更为新光刻工艺中的液滴精准调控、功能表面设计与制造提供了重要的理论基础与技术支撑。

力学所研究生彭俊铭为论文第一作者，黄先富副研究员与袁泉子研究员为论文通讯作者。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项等项目的联合资助。

论文链接:

http://doi.org/10.1002/dro2.70032 (Peng JM, Huang XF, Yuan QZ. Unified 1/2 scaling laws for droplet impact dynamics: From rigid to flexible thin films. Droplet, 2026, e70032.)

图：液滴撞击柔性薄膜材料动力学研究。a. 柔性固体结构与液滴的固液界面耦合机制示意图；b. 引入结构耦合响应数的统一最大铺展标度律；c. 柔性薄膜对液滴回弹的调控作用