倾斜壁面浸润性梯度驱动液滴运动过程的格子Boltzmann模型研究

基于介观模型的多组分伪势格子Boltzmann方法,模拟了倾斜壁面浸润性梯度驱动液滴的运动过程,研究了壁面浸润性梯度、壁面倾斜角度对液滴运动过程的影响.结果表明,对于一定倾斜角度的壁面,当壁面上浸润性梯度足够大时,液滴能够克服重力的作用实现"爬坡";液滴在运动过程中,其前进及后退接触角与当地静态接触角间存在差值;增大壁面浸润性梯度时,液滴能够获得更快的加速,并且前进及后退接触角与当地静态接触角之间的差值也随之增大;增大壁面倾斜角度时,液滴的运动受到阻碍,前进及后退接触角与当地静态接触角的差值小幅减小.

氨碱氧化法制备具有浸润性梯度的铜网

浸润性梯度表面在液体自运输和生物蛋白或细胞吸附研究方面有着重要作用,具有相同表面性质的筛网结构可以应用在油水分离领域。采用氨碱氧化法,将铜网浸泡在氨碱溶液中,在不同的局部反应时间下制备氢氧化铜纳米线,从而得到具有连续浸润性梯度的铜网。通过扫描电子显微镜观察了铜网表面的微观结构以及纳米线的生长状态,并采用接触角测量仪研究了水滴浸润性的变化。结果表明:氢氧化铜纳米线的不同生长状态导致铜网表面具有不同的浸润性,同时表面浸润性的梯度率受制备过程中混合溶液浓度的影响,梯度范围受混合液滴加速率的影响。

液滴撞击高温梯度表面的动态行为特性

以铜片为基底制备了微方孔结构浸润梯度表面,利用高速摄像技术对液滴撞击高温梯度表面的动态行为特性进行了研究。结果表明:在不同表面温度和韦伯数(We)下,液滴撞击在梯度表面上会出现5种不同的撞击模式,即润湿模式、接触沸腾模式、过渡模式、碎裂模式和反弹模式;当表面温度达到Leidenfrost温度时,液滴进入反弹模式,反弹液滴会沿着梯度能方向发生多次连续弹跳行为,且由于弹跳过程中能量的不断衰减,反弹高度逐渐减小直至趋于零。基于表面物理化学理论分析了液滴的定向弹跳行为,并利用图像处理技术,分析了弹跳液滴的动态特征。进一步地,通过液滴以相同We数撞击不同表面温度实验,研究了液滴在弹跳运动过程中反弹高度、铺展因子和运动的水平加速度变化特征,发现三者随反弹次数的增加具有相似的变化过程,即呈现先快速减小、后逐渐稳定的特征。水平加速度的与铺展因子的变化趋势具有一致性,从而验证了理论分析的合理性。