超疏水锯齿表面振动液滴的动态特性

目的在振动的超疏水锯齿表面上,液滴表现出明显的运动特征,探究在该过程中液滴的运动机理及影响因素。方法采用铝片制作一系列具有一定倾角和高度的非对称锯齿状表面,使用疏水涂层Glaco Soft 99均匀喷涂,并干燥其表面,重复多次实验,直到表面具有稳定的超疏水性。加载一定的振动,对表面振动液滴的动态行为进行研究。结果在一定的振动范围内,当频率的作用范围为10~100Hz,振幅的作用范围为0~2 mm时,随着振动参数的增加,超疏水锯齿表面上的液滴会产生4种不同的行为,即静止、定向蠕动、跳跃、破裂等。实验表明,超疏水锯齿表面振动液滴的最快运动速度为8 cm/s。针对液滴的定向蠕动行为,运用力学分析方法,建立了液滴运动的物理模型,并分析了振动特征参数、锯齿表面参数、液滴体积对液滴运动特征的影响。结论对于一定尺寸的液滴,存在一个由共振频率和最优振幅组成的最佳的振动加速度,可使液滴达到该条件下的最优运动速度。同时,通过改变锯齿表面的结构参数,可使液滴运动速度更快,并且随着液滴体积的增加,液滴运动速度呈现先增快、后减慢的趋势。

液滴在倾斜表面上的固化特征研究

采用平滑铝表面为基底,以去离子水为介质,对低温条件下倾斜表面上运动液滴的固化特征进行了研究,分析了液滴的固化时间特征,并探讨了基底倾斜角、液滴体积以及基底表面浸润性对液滴固化时间的影响。结果表明:当基底倾斜角小于液滴在铝表面上的临界滑动角时,液滴固化时间保持不变;当基底倾斜角大于临界滑动角时,随着倾斜角增大,液滴固化时间变短。随着液滴体积增大,虽然湿接触面积增大,但是液滴高度也增大,液滴固化时间随之延长。基底表面的疏水性越好,液滴与固体表面的湿接触面积越少,液滴高度越高,因此液滴固化时间越长。基于传热学理论建立了双圆法模型,利用其预测运动液滴的固化时间,并将计算值与实验值进行了比较,发现两者吻合良好。

温度梯度诱导的液滴热毛细迁移特性

以硅片为基底,以不同体积比的乙醇和丙酮混合物为介质,对温度梯度激励下液滴的热毛细迁移特性进行了研究。分析了液滴在迁移过程中的高度、湿接触直径、接触角以及迁移速度的变化特征,并通过改变温度梯度、液滴体积和表面张力等参数探讨了这些因素对液滴迁移速度的影响。结果表明:在一定的温度梯度下,一定体积的液滴会发生由高温区域向低温区域的定向迁移,当温度梯度达到1.23时,乙醇液滴的最大迁移速度达到35 mm/s,且迁移速度随时间呈逐渐减小的趋势。随着温度梯度和液滴体积的增大,液滴的迁移速度逐渐增大,但是当液滴体积超过10μL时,继续增大液滴体积,液滴的迁移速度变化不再明显。此外,随着表面张力增大,液滴的迁移速度减小,表面张力每增大0.1 mN/m,液滴的迁移速度降低约12%。在考虑了液滴迁移过程中体积变化的基础上,采用力学分析方法建立了液滴迁移的理论模型。