物理化学学报
物理化學學報
물이화학학보
ACTA PHYSICO-CHIMICA SINICA
2012年
5期
1206-1212
,共7页
刘天庆%孙玮%孙相彧%艾宏儒
劉天慶%孫瑋%孫相彧%艾宏儒
류천경%손위%손상욱%애굉유
超疏水表面%纳米%微纳二级结构%冷凝%液滴变形%弹跳%机理%模型
超疏水錶麵%納米%微納二級結構%冷凝%液滴變形%彈跳%機理%模型
초소수표면%납미%미납이급결구%냉응%액적변형%탄도%궤리%모형
使用液滴合并前后的体积和表面自由能守恒作为两个限制条件,确定了合并液滴的初始形状,即为偏离平衡态的亚稳态液滴,具有缩小其底半径而向平衡态液滴转变的推动力.进而分析了液滴变形过程中的推动力和三相线(TPCL)上的滞后阻力,建立了液滴变形的动态方程并进行了差分求解.如果液滴能够变形至底半径为0 mm的状态,则根据该状态下滚滴重心上移的速度确定液滴的弹跳高度.不同表面上冷凝液滴合并后的变形行为的计算结果表明,光滑表面上的液滴合并后,液滴只能发生有限的变形, 般都在达到平衡态之前就停止了变形,因此冷凝液滴不会发生弹跳；粗糙表面上的Wenzel态液滴的三相线上的滞后阻力更大,因而液滴更难以变形和弹跳；其有微纳二级结构表面上只润湿微米结构,但不润湿纳米结梅的部分Wenzel态液滴能够变形至Cassie态,但没有明显的弹跳；只有在纳米或微纳二级结构表面上的较小Cassie态液滴合并后,液滴易于变形至底半径为Omm的状态并发生弹跳.因此,Cassie态合并液滴处于亚稳态,并且其三相线上的移动阻力很小,是导致冷凝液漓弹跳的关键因素.
使用液滴閤併前後的體積和錶麵自由能守恆作為兩箇限製條件,確定瞭閤併液滴的初始形狀,即為偏離平衡態的亞穩態液滴,具有縮小其底半徑而嚮平衡態液滴轉變的推動力.進而分析瞭液滴變形過程中的推動力和三相線(TPCL)上的滯後阻力,建立瞭液滴變形的動態方程併進行瞭差分求解.如果液滴能夠變形至底半徑為0 mm的狀態,則根據該狀態下滾滴重心上移的速度確定液滴的彈跳高度.不同錶麵上冷凝液滴閤併後的變形行為的計算結果錶明,光滑錶麵上的液滴閤併後,液滴隻能髮生有限的變形, 般都在達到平衡態之前就停止瞭變形,因此冷凝液滴不會髮生彈跳；粗糙錶麵上的Wenzel態液滴的三相線上的滯後阻力更大,因而液滴更難以變形和彈跳；其有微納二級結構錶麵上隻潤濕微米結構,但不潤濕納米結梅的部分Wenzel態液滴能夠變形至Cassie態,但沒有明顯的彈跳；隻有在納米或微納二級結構錶麵上的較小Cassie態液滴閤併後,液滴易于變形至底半徑為Omm的狀態併髮生彈跳.因此,Cassie態閤併液滴處于亞穩態,併且其三相線上的移動阻力很小,是導緻冷凝液巑彈跳的關鍵因素.
사용액적합병전후적체적화표면자유능수항작위량개한제조건,학정료합병액적적초시형상,즉위편리평형태적아은태액적,구유축소기저반경이향평형태액적전변적추동력.진이분석료액적변형과정중적추동력화삼상선(TPCL)상적체후조력,건립료액적변형적동태방정병진행료차분구해.여과액적능구변형지저반경위0 mm적상태,칙근거해상태하곤적중심상이적속도학정액적적탄도고도.불동표면상냉응액적합병후적변형행위적계산결과표명,광활표면상적액적합병후,액적지능발생유한적변형, 반도재체도평형태지전취정지료변형,인차냉응액적불회발생탄도；조조표면상적Wenzel태액적적삼상선상적체후조력경대,인이액적경난이변형화탄도；기유미납이급결구표면상지윤습미미결구,단불윤습납미결매적부분Wenzel태액적능구변형지Cassie태,단몰유명현적탄도；지유재납미혹미납이급결구표면상적교소Cassie태액적합병후,액적역우변형지저반경위Omm적상태병발생탄도.인차,Cassie태합병액적처우아은태,병차기삼상선상적이동조력흔소,시도치냉응액리탄도적관건인소.
