發(fā)布時間：2020-09-21 08:02

　　 近年來,受“荷葉效應(yīng)”的啟發(fā),科研人員通過模仿荷葉表面的微納二級結(jié)構(gòu),制備了各種具有優(yōu)異性能的表面,而超疏水表面由于其浸潤性,在防凍、自清潔和液滴操縱等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。液滴在表面的靜動態(tài)行為是評價超疏水性能的重要標準,本文在現(xiàn)有理論模型的基礎(chǔ)上,對其進行了研究,主要研究內(nèi)容及成果如下:1、針對微小液滴,在不考慮重力的情況下,通過熱力學方法提出了一種可用于預測液滴在異質(zhì)微納二級結(jié)構(gòu)表面的平衡接觸角的計算模型。通過與Herminghaus模型、Patankar模型及實驗數(shù)據(jù)進行對比證明了其準確性,并通過降階的方法證明了本文方法是對現(xiàn)有理論的擴展與延伸。2、考慮重力對液滴的影響,基于有限差分和非線性尋優(yōu)法,提出了一種模擬表面重液滴形態(tài)的計算模型,并將其模擬結(jié)果與荷葉實驗和Lubarda模型進行對比驗證了準確性。通過研究表面結(jié)構(gòu)尺寸和材料疏水性對液滴形態(tài)的影響,發(fā)現(xiàn)第一級納米結(jié)構(gòu)對其影響遠大于第二級微米結(jié)構(gòu)和基底。3、利用所建立的重液滴模型,以C-C狀態(tài)與W-W狀態(tài)相互轉(zhuǎn)變?yōu)槔?研究液滴在表面的接觸狀態(tài)轉(zhuǎn)變及其能壘。發(fā)現(xiàn)當表面結(jié)構(gòu)具有較小的相對間距和較大的相對高度時,液滴易從W-W狀態(tài)到C-C狀態(tài)轉(zhuǎn)變,有利于液滴處于C-C狀態(tài)。4、利用所建立的重液滴模型,通過研究接觸狀態(tài)和表面結(jié)構(gòu)尺寸對接觸角滯后的影響,發(fā)現(xiàn)處于C-C狀態(tài)的液滴具有較小的接觸角滯后,在表面易發(fā)生滾動,這對制備超疏水表面有著一定借鑒意義。本文通過熱力學方法,提出了一種可用于模擬微納二級結(jié)構(gòu)表面重液滴靜動態(tài)行為的方法,為研究超疏水表面性能和設(shè)計優(yōu)化表面結(jié)構(gòu)提供了一種具有借鑒意義的方法。
【學位單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB306
【部分圖文】：

g 模型在固體表面上時，液體并不一定會完全展開而是與固體表面成一般研究人員認為在固-液-氣三相交線處取一點做氣-液界面的切界線之間的夾角就是接觸角，此時液滴近似呈球形。固體表面液三相界面間表面張力平衡的結(jié)果，表面張力的平衡使得液滴在固穩(wěn)態(tài)），此時系統(tǒng)的總能量趨于全局最�。ɑ蚓植孔钚。�。，Thomos Young 提出 Young's 方程[26]：SV SLeLVcos = SL ，LV 分別代表固-氣、固-液、液-氣界面的表面張力，θe為本本征接觸角。Young's 方程被認為是研究液體在固體表面浸潤現(xiàn)光滑平坦表面上形成的接觸角，接觸角是由表面張力決定，接觸 1-1 所示。

圖 1-5 兩種狀態(tài)中本征接觸角與表觀接觸角的關(guān)系[32]圖 1-5，增強了對液滴在 Cassie 狀態(tài)和 Wenzel 狀態(tài)之間浸潤轉(zhuǎn)換基于公式的定性分析。為了得到更加準確判斷接觸狀態(tài)間轉(zhuǎn)變的出了多種理論計算模型來研究接觸狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程，從而得到狀3,34]。李文等人通過從熱力學方法，建立了超疏水表面的幾何規(guī)則尺寸對液滴接觸狀態(tài)的影響，從而定量的提出了接觸狀態(tài)間相互對設(shè)計和研究超疏水表面具有重要意義[35]。Laplace 方程 Laplace 又提出了著名的 Young-Laplace 方程從而將液滴的形狀與Young 和 Laplace 對研究液滴的外觀形貌起到了開創(chuàng)性的作用，滴精確的形狀最通常用的方法還是求解 Young-Laplace 微分方程輪廓滿足 Young-Laplace 微分方程： 1 1P P o gh 2H

進/后退角還可以定義為：在增加液滴體積時，液滴與固體表面動而未動狀態(tài)時的接觸角是前進接觸角，也可以理解為液滴在達到的角度，否則液滴的前端不會向前運動；在減少液滴體積將動而未動狀態(tài)時的接觸角是后退接觸角，還可以解釋為液滴要減小到的角度，否則液滴后端不會發(fā)生移動。θaθrα圖 1-6 液滴在傾斜固體表面的潤濕情況：θa為前進角；θr為后退角

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號：2823266