含纳米颗粒液滴蒸发沉积特性数值研究

发布时间：2020-04-03 17:34

【摘要】：含纳米颗粒的液滴蒸发后将形成一定的沉积图案,相应沉积图案的调控在喷墨打印、涂层技术等领域具有广泛的应用。目前该领域的研究主要集中在实验方面,探究活性剂、温度场、电润湿、溶质颗粒形状等因素对沉积结构的影响,但涉及沉积图案形成机理的理论研究还有所欠缺。鉴于微纳尺度流动的复杂性和观测困难等因素,数值模拟已成为开展相关课题研究的重要手段,其研究成果可为提出颗粒沉积图案调控的有效手段提供理论基础。本文针对含纳米颗粒液滴蒸发过程,研究纳米颗粒的形状对颗粒沉积特性的影响。主要内容如下(1)基于润滑理论,建立了含纳米颗粒液滴蒸发过程的数学模型,其中考虑了液体粘度受粒子形状的影响,并全面建立了粒子形状与溶液黏度的关联关系;运用FREEFEM软件对处于蒸发后期的演化历程进行数值模拟,研究了不同形状纳米颗粒对沉积环高度和演化过程中蒸发项、对流项、扩散项以及三相接触线后移速度的影响。(2)采用Navier滑移边界条件,基于润滑理论建立了存在微弱滑移时液滴蒸发的演化方程,通过数值模拟对三相接触区域附近的演化特征进行探索,比较了不同滑移尺度下含纳米颗粒液滴蒸发及三相接触线不钉扎时的演化历程;通过分析分离压和气液界面压力与蒸汽压的压差的变化趋势,探讨了滑移尺度对沉积图案的作用机理,寻找具有实际指导意义的控制沉积结构的方法。
【图文】：

三相接触线,运动过程,层厚度

图 2-6 三相接触线后撤运动过程[35]2-5(c)进一步示出液滴蒸发过程中有效纳米粒子层厚度 hp(x,t)的演域 I，与纳米粒子浓度峰对应，，存在着粒子层厚度的峰值，但沉于液滴主体部分的粒子层厚度。随时间推移，沉积层高度 hp的值增大；在三相接触线区域 II，接触线附近形成凹陷弯月面(图 2-5去润湿行为，该结果与 Maheshwari 等[35]的实验现象(图 2-6)相吻
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1

【参考文献】