表面疏水性对气-液界面颗粒运动行为的影响

利用改进的L-B水槽,借助高速动态显微试验装置,基于颗粒间相互作用力计算、界面聚团微观结构分析、聚团重组过程解析以及颗粒所受平衡作用力计算,系统研究了气泡与气-液界面单颗粒层兼并后不同疏水性颗粒的震荡运动行为。结果表明,在界面颗粒吸附密度相同的情况下,低疏水性颗粒(接触角43°)更容易形成密实的聚团,而高疏水性颗粒(接触角75°)形成的聚团则较为松散。气泡与单颗粒层兼并可诱导界面产生震荡,在此影响下,位于界面上的聚团受表面压力梯度和震荡波的影响不断发生重组,并最终使界面颗粒的分散变得更加均匀,其原理和起泡剂分子稳定液膜的Gibbs-Marangoni效应非常类似。在界面聚团重组的过程中,水平曳力和惯性力以及颗粒间的相互作用力起着关键作用。相同试验条件下,低疏水性颗粒由于额外受到垂直向上毛细力的作用,其瞬时速度和均方位移(MSD)均明显大于高疏水性颗粒,这意味着低疏水性颗粒的震荡运动强度更加剧烈,振幅更大,脱附概率也更高。