蒸发速率梯度主导的液滴运动及相关理论研究

论文摘要

液滴在固体表面上的运动通常是有两方面的原因引起的,一方面是固体表面能梯度,例如通过化学修饰或物理方法处理使表面上具有逐渐变化的亲疏水性质,也可说成是润湿性梯度;另一方面是液体表面张力梯度,即马朗戈尼效应,主要可以通过制造温度差或浓度差来形成。而本文通过具体的实验展示了一种新的诱导机制下的液滴运动,这一诱导机制主要是由两个相邻放置的纯净单组分液滴在固体表面上相互干涉蒸发而形成的。在这一体系中,固体表面能均一,不存在表面能梯度,同时液滴为纯净的单组分液滴,也不存在温度变化装置,因此也不存在液体表面张力梯度,只存在因两液滴内侧的高浓度低蒸发和外侧的低浓度高蒸发而形成的蒸发速率梯度。在蒸发速率梯度的驱动下,液滴从蒸发速率高的一侧运动到蒸发速率低的一侧,以降低与液滴内部流场有关的能量耗散。本文中所选用的液滴材料主要为正己烷,它在经食人鱼溶液处理过的玻璃片表面上具有较小的接触角(约6.5°),满足理论模型中R>>H的假设前提,且正己烷在此表面上受到的接触角滞后效应较小,运动的可重复性较好。采用MatLab程序可以追踪液滴的运动,实时抓取液滴接触线轮廓并确定液滴接触线半径、边对边最短距离以及长短轴等数据,进而描述液滴的运动速度和形变。实验结果表明,在两液滴相互靠近并最终融合的过程中,液滴先缓慢运动而后加速运动,与理论预测的结果相一致。通过改变液滴之间的距离或其中一个液滴的体积可以调节液滴的运动速度。此外,本文还展示了两个相邻的含金纳米棒的液滴在蒸发时由蒸发速率梯度引起的不对称的多元环沉积,进一步探讨了蒸发速率梯度及可移动接触线对液滴沉积图案的影响。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 液滴在固体表面的浸润性
•     1.2.1 表面能与表面张力
•     1.2.2 铺展系数和接触角
•     1.2.3 三相接触线的钉扎与解钉扎效应
•     1.2.4 前驱膜
•     1.2.5 固体表面处理
•   1.3 液滴在固体表面的蒸发
•     1.3.1 多液滴蒸发时的干涉效应
•     1.3.2 液滴蒸发沉积图案的形成
•   1.4 不同梯度下的液滴运动
•   1.5 本文的主要研究目的及内容
• 第二章 蒸发诱导的纯液滴运动
•   2.1 蒸发诱导液滴运动运动的理论计算
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 实验仪器
•     2.2.2 玻璃片的表面处理
•     2.2.3 动/静接触角的测量方法
•     2.2.4 实验材料
•     2.2.5 实验条件
•     2.2.6 实验步骤
•     2.2.7 实验注意事项
•   2.3 结果与讨论
•   2.4 本章小结
• 第三章 MatLab程序对液滴运动的追踪与分析
•   3.1 可追踪液滴运动的MatLab程序
•   3.2 液滴运动速度的分析
•     3.2.1 同体积液滴在不同距离下的运动速度
•     3.2.2 一大一小液滴在恒定距离下的运动速度
•   3.3 液滴形变与接触角滞后
•   3.4 本章小结
• 第四章 两相邻液滴的蒸发沉积图案的研究
•   4.1 干涉蒸发的沉积图案理论
•   4.2 液滴干涉蒸发的沉积实验
•   4.3 结果与分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 全文总结与工作展望
•   5.1 全文总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学位论文
• 作者和导师简介
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 温艳青

导师: Thomas P.Russell,杜帅

关键词: 蒸发速率梯度,液滴运动,蒸发沉积图案,接触角滞后,浸润性

来源: 北京化工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 北京化工大学

分类号: O35

DOI: 10.26939/d.cnki.gbhgu.2019.000499

总页数: 81

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