超疏水表面上液滴合并诱导弹跳机理及其调控的研究

发布时间：2021-04-02 04:09

　　超疏水表面具有很低的表面自由能,液滴能在表面上形成完美球状,运动性强。当液滴在超疏水表面上合并时,由于合并过程中表面自由能的释放,合并后的液滴会由于过剩的动能而跳离表面,即发生由于合并诱导的液滴弹跳现象。液滴弹跳现象的一个显著特点是,不需要添加外力（场）就能将液滴从超疏水表面移除,在自清洁、防结冰和过程强化等方面具有很好的应用前景。本文结合实验观测、理论分析和数值模拟,系统地研究了超疏水表面上液滴弹跳现象及其影响因素,揭示了液滴尺寸效应和初始液滴排布对液滴弹跳的影响规律;在上述获得的规律基础上,提出利用改变液桥撞击壁面位置的方法来调控液滴弹跳过程,明晰了液桥撞击壁面位置与液滴弹跳速度之间的内在关联。本文主要研究内容如下:利用高速显微技术对超疏水表面上液滴合并诱导弹跳过程进行了可视化研究。根据图片序列分析,可以将液滴弹跳过程分为四个阶段,即液桥生长、液桥撞击、三相线收缩和液滴弹跳。研究发现液桥半径与合并时间的平方根成正比,而由于液桥生长过程液面曲率发生转变,比例系数由1.18减小为0.83。在实验考察的液滴半径范围内,液滴的合并过程为惯性力占主导,三相线的收缩动力学是相似的,液滴的弹跳速... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．３前进角（心ｖ）和后退角（ｇｅｅ）的定义??Ｆｉｇ．?１．３?Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ａｄｖａｎｃｉｎｇ?ａｎｄ?ｒｅｃｅｄｉｎｇ?ｃｏｎｔａｃｔ?ａｎｇｌｅｓ［７］??

开始与邻近液滴合并，但是合并后的液滴不发生移动；ＩＩＩ、液滴直径达到某一阈值，??液滴合并后能自发地在表面上移动，更有的液滴在合并之后跳离表面，即发生液滴合并??诱导弹跳现象（以下简称液滴弹跳），如图１．４所示。对于液滴发生弹跳的原因，作者??认为是液滴合并过程中释放出表面自由能足以克服表面粘附功，过剩的能量转化为液滴??弹跳的动能。??ｇ?〇押讕＿＿?＿＿?＿押議??＿＿＿＿＿??ａ：?，—，??ｐＳｎｓ??（ｂ）?：?２＾２－?ｊ?ｉ?ｍ??＾?＼??ｍｍ?ｍ?？?＇??Ｏ■－，．婦．??图１．４液滴合并诱导弹跳现象??Ｆｉｇ．?１．４?Ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ－ｉｎｄｕｃｅｄ?ｄｒｏｐｌｅｔ?ｊｕｍｐｉｎｇ，?（ａ）?Ｆｒｏｎｔ?ｖｉｅｗ，?（ｂ）?Ｓｉｄｅ?ｖｉｅｗ．??由于液滴弹跳是一个自驱动的过程，不需要外力（场）即可实现液滴的自动脱落，??在实现材料的自清洁［ｉＷ２］、防结霜＠５］、抗结冰［１６＿１８］等领域具有较大潜力。此外，通过??液滴弹跳可以使表面的液滴半径保持在微米级范围内［１９］

图１．９液滴弹跳速度的测量方法??Ｆｉｇ．?１．９?Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｍｅｔｈｏｄｓ?ｏｆ?ｄｒｏｐｌｅｔ?ｊｕｍｐｉｎｇ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ，?（ａ）?Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｅｒｇｅｄ?ｄｒｏｐ?ｕｓｅｄ?ｔｏ??ｅｘｔｒａｃｔ?ｔｈｅ?ｊｕｍｐｉｎｇ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ，?（ｂ）?Ｆｏｃａｌ?ｐｌａｎｅ?ｓｈｉｆｔ?ｉｍａｇｉｎｇ，?（ｃ）?Ｉｍａｇｅ?ｐｒｏｃｅ?

【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水表面液滴合并诱导弹跳现象分析[J]. 王四芳,兰忠,彭本利,白涛,马学虎.  化工学报. 2012(S1)
[2]蚊子体表面的微纳米结构与浸润性[J]. 姚昱星,姚希,李作林,竺豪桢,郑咏梅.  高等学校化学学报. 2008(09)



本文编号：3114558