液体弹珠与颗粒筏力学行为的实验与理论研究
发布时间：2022-01-24 08:17
液体弹珠和颗粒筏是具有疏水性的微纳米颗粒组装在液-气界面上而形成的软物质,具有很多奇特的性质,因而在微量液体转移、微流体器件,生物、化学、原油乳液和矿物浮选等领域得到了广泛应用。本文对液体弹珠和颗粒筏的力学行为进行了系统研究,研究过程中搭建了一套新型的试验装置以测试其力学响应,并采用量纲分析、连续介质力学以及表界面物理等知识建立模型进行理论分析。首先,本文研究了液体弹珠和液滴随着体积减少而表现出不同的浸润性的现象,发现在其内部所含液体较少的时候,液体弹珠的性质更加接近于固体。当所含液体量非常少的时候,液体弹珠呈现出固体薄膜的性质,并表现出较好的弹塑性行为。此时,该薄膜受压缩并当压力撤销之后能够保持很大的变形。在此基础上,利用这一性质,可以将该种薄膜任意雕刻成特定的几何形状。通过力学分析,我们发现这一现象主要是由于颗粒的表面密度随着含水量的减少而发生了逐步改变。然后对颗粒筏的承载能力进行了全面研究。我们设计了一套专门的实验装置,采用该装置测量了细长杆对液面和颗粒筏进行垂直加载时受到的力,得到了力-位移实验曲线。该装置也能对液面和颗粒筏在受到加载时产生的形貌变化进行记录,发现细长杆在刺穿水...
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
被蜡包裹的液体弹珠的外形和尺寸的范围，其中比例尺是1mm[15]
液体弹珠巧妙地将传统微量液滴移动的液-固界面(液滴同基底的界面) 转变为新的固-固界面(超疏水颗粒和基底的界面)，从而较简便地实现对微量液滴的控制。图1-2 (a)水面上的液体弹珠[25]Fig1-2 (a) Liquid marble floating on water[25]制作液体弹珠的材料不仅限于超疏水的颗粒，疏水颗粒和亲水颗粒都可以用来制作液体弹珠，新产生的固-固界面状态可以由微纳米颗粒的亲疏水性而决定。在图1-3中由于表面张力的原因，疏水的颗粒和亲水的颗粒都被吸附在液体表面，颗粒间的空隙导致产生了隔离层，使液体弹珠和基底隔离开，但是疏水颗粒产生的隔离层要比亲水颗粒产生的隔离层要大，所以疏水颗粒的液体弹珠更加稳定。图1-3 疏水颗粒和亲水颗粒在气液界面的状态和不同的弯液面[25]Fig1-3 Meniscus position of core liquid on particles according to hydrophobic or hydrophiliccontact angle[25]不仅是重力，我们也可以通过磁力控制有铁磁性的颗粒来控制液体弹珠或者通过介电泳控制颗粒和里面的液体来控制液体弹珠[21, 22]，许许多多的可能性亟待我们去发掘。
[25]制作液体弹珠的材料不仅限于超疏水的颗粒，疏水颗粒和亲水颗粒都可以用来制作液体弹珠，新产生的固-固界面状态可以由微纳米颗粒的亲疏水性而决定。在图1-3中由于表面张力的原因，疏水的颗粒和亲水的颗粒都被吸附在液体表面，颗粒间的空隙导致产生了隔离层，使液体弹珠和基底隔离开，但是疏水颗粒产生的隔离层要比亲水颗粒产生的隔离层要大，所以疏水颗粒的液体弹珠更加稳定。图1-3 疏水颗粒和亲水颗粒在气液界面的状态和不同的弯液面[25]Fig1-3 Meniscus position of core liquid on particles according to hydrophobic or hydrophiliccontact angle[25]不仅是重力，我们也可以通过磁力控制有铁磁性的颗粒来控制液体弹珠或者通过介电泳控制颗粒和里面的液体来控制液体弹珠[21, 22]，许许多多的可能性亟待我们去发掘。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Liquid marbles containing petroleum and their properties[J]. Edward Bormashenko,Roman Pogreb,Revital Balter,Hadas Aharoni,Doron Aurbach,Vladimir Strelnikov. Petroleum Science. 2015(02)
[2]耗散粒子动力学模拟方法在软物质体系研究中的一些进展与应用[J]. 王永雷,李占伟,刘鸿,吕中元. 物理学进展. 2011(01)
[3]软物质物理——物理学的新学科[J]. 陆坤权,刘寄星. 物理. 2009(07)
[4]表面张力测定方法的现状与进展[J]. 奚新国. 盐城工学院学报(自然科学版). 2008(03)
[5]生物软物质研究的新进展[J]. 王鹏业,李明,翁羽翔. 物理. 2008(06)
[6]软物质与钙[J]. 杨卫民,杨卫群,周培民,李金山,熊旭东,罗蔚聪,蒋一方,傅善来. 上海预防医学杂志. 2000(01)
[7]非牛顿流体力学[J]. 陈文芳,范椿. 自然杂志. 1985(04)
本文编号：3606221
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
被蜡包裹的液体弹珠的外形和尺寸的范围，其中比例尺是1mm[15]
液体弹珠巧妙地将传统微量液滴移动的液-固界面(液滴同基底的界面) 转变为新的固-固界面(超疏水颗粒和基底的界面)，从而较简便地实现对微量液滴的控制。图1-2 (a)水面上的液体弹珠[25]Fig1-2 (a) Liquid marble floating on water[25]制作液体弹珠的材料不仅限于超疏水的颗粒，疏水颗粒和亲水颗粒都可以用来制作液体弹珠，新产生的固-固界面状态可以由微纳米颗粒的亲疏水性而决定。在图1-3中由于表面张力的原因，疏水的颗粒和亲水的颗粒都被吸附在液体表面，颗粒间的空隙导致产生了隔离层，使液体弹珠和基底隔离开，但是疏水颗粒产生的隔离层要比亲水颗粒产生的隔离层要大，所以疏水颗粒的液体弹珠更加稳定。图1-3 疏水颗粒和亲水颗粒在气液界面的状态和不同的弯液面[25]Fig1-3 Meniscus position of core liquid on particles according to hydrophobic or hydrophiliccontact angle[25]不仅是重力，我们也可以通过磁力控制有铁磁性的颗粒来控制液体弹珠或者通过介电泳控制颗粒和里面的液体来控制液体弹珠[21, 22]，许许多多的可能性亟待我们去发掘。
[25]制作液体弹珠的材料不仅限于超疏水的颗粒，疏水颗粒和亲水颗粒都可以用来制作液体弹珠，新产生的固-固界面状态可以由微纳米颗粒的亲疏水性而决定。在图1-3中由于表面张力的原因，疏水的颗粒和亲水的颗粒都被吸附在液体表面，颗粒间的空隙导致产生了隔离层，使液体弹珠和基底隔离开，但是疏水颗粒产生的隔离层要比亲水颗粒产生的隔离层要大，所以疏水颗粒的液体弹珠更加稳定。图1-3 疏水颗粒和亲水颗粒在气液界面的状态和不同的弯液面[25]Fig1-3 Meniscus position of core liquid on particles according to hydrophobic or hydrophiliccontact angle[25]不仅是重力，我们也可以通过磁力控制有铁磁性的颗粒来控制液体弹珠或者通过介电泳控制颗粒和里面的液体来控制液体弹珠[21, 22]，许许多多的可能性亟待我们去发掘。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Liquid marbles containing petroleum and their properties[J]. Edward Bormashenko,Roman Pogreb,Revital Balter,Hadas Aharoni,Doron Aurbach,Vladimir Strelnikov. Petroleum Science. 2015(02)
[2]耗散粒子动力学模拟方法在软物质体系研究中的一些进展与应用[J]. 王永雷,李占伟,刘鸿,吕中元. 物理学进展. 2011(01)
[3]软物质物理——物理学的新学科[J]. 陆坤权,刘寄星. 物理. 2009(07)
[4]表面张力测定方法的现状与进展[J]. 奚新国. 盐城工学院学报(自然科学版). 2008(03)
[5]生物软物质研究的新进展[J]. 王鹏业,李明,翁羽翔. 物理. 2008(06)
[6]软物质与钙[J]. 杨卫民,杨卫群,周培民,李金山,熊旭东,罗蔚聪,蒋一方,傅善来. 上海预防医学杂志. 2000(01)
[7]非牛顿流体力学[J]. 陈文芳,范椿. 自然杂志. 1985(04)
本文编号：3606221
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