二元混合物在液体层上发生马兰戈尼爆裂的研究

由于马兰戈尼效应,液滴在液体层表面自发铺展成薄膜的物理过程,在成膜技术、涂层工艺、以及纳米器件的制作等领域具有广泛的应用,但是铺展后液膜自发碎裂成小液滴的现象也被广泛观察到,这种现象限制了马兰戈尼效应应用的发展.本文基于以往的实验观察对液膜的碎裂机制进行完备的解释,并通过实验进行验证,指出了液滴薄膜中心与边缘蒸发速率的差异引起的马兰戈尼流动对液膜边界产生的微扰,使得液滴铺展到最大时边缘生长出指状液柱.此外,根据微扰模型推导出边界失稳的临界波长和最大波长的表达式,基于Plateau-Rayleigh不稳定性解释了指状液柱碎裂的原因.建立同心圆柱壳液柱模型简化计算,预测了不同黏度比的液滴在液体层上铺展为薄膜的浓度范围和发生马兰戈尼爆裂的位置区间,并通过实验验证了不同醇溶液发生马兰戈尼爆裂的浓度范围和位置区间.该理论解释将在成膜技术、涂层工艺等领域提供更加精细的理论指导;特别地,本文提出的同心圆柱壳简化模型为化工领域微量反应和纳米颗粒制备等研究领域中的一些技术难题提供新的解决思路.