近年來(lái),受“荷葉效應(yīng)”的啟發(fā),科研人員通過(guò)模仿荷葉表面的微納二級(jí)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(rùn)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(dòng)態(tài)行為是評(píng)價(jià)超疏水性能的重要標(biāo)準(zhǔn),本文在現(xiàn)有理論模型的基礎(chǔ)上,對(duì)其進(jìn)行了研究,主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:1、針對(duì)微小液滴,在不考慮重力的情況下,通過(guò)熱力學(xué)方法提出了一種可用于預(yù)測(cè)液滴在異質(zhì)微納二級(jí)結(jié)構(gòu)表面的平衡接觸角的計(jì)算模型。通過(guò)與Herminghaus模型、Patankar模型及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比證明了其準(zhǔn)確性,并通過(guò)降階的方法證明了本文方法是對(duì)現(xiàn)有理論的擴(kuò)展與延伸。2、考慮重力對(duì)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(jì)算模型,并將其模擬結(jié)果與荷葉實(shí)驗(yàn)和Lubarda模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了準(zhǔn)確性。通過(guò)研究表面結(jié)構(gòu)尺寸和材料疏水性對(duì)液滴形態(tài)的影響,發(fā)現(xiàn)第一級(jí)納米結(jié)構(gòu)對(duì)其影響遠(yuǎn)大于第二級(jí)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(dāng)表面結(jié)構(gòu)具有較小的相對(duì)間距和較大的相對(duì)高度時(shí),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(guò)研究接觸狀態(tài)和表面結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)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(dòng),這對(duì)制備超疏水表面有著一定借鑒意義。本文通過(guò)熱力學(xué)方法,提出了一種可用于模擬微納二級(jí)結(jié)構(gòu)表面重液滴靜動(dòng)態(tài)行為的方法,為研究超疏水表面性能和設(shè)計(jì)優(yōu)化表面結(jié)構(gòu)提供了一種具有借鑒意義的方法。
【學(xué)位單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TB306
【部分圖文】：

g 模型在固體表面上時(shí)，液體并不一定會(huì)完全展開(kāi)而是與固體表面成一般研究人員認(rèn)為在固-液-氣三相交線處取一點(diǎn)做氣-液界面的切界線之間的夾角就是接觸角，此時(shí)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(shí)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(rèn)為是研究液體在固體表面浸潤(rùn)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(qiáng)了對(duì)液滴在 Cassie 狀態(tài)和 Wenzel 狀態(tài)之間浸潤(rùn)轉(zhuǎn)換基于公式的定性分析。為了得到更加準(zhǔn)確判斷接觸狀態(tài)間轉(zhuǎn)變的出了多種理論計(jì)算模型來(lái)研究接觸狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，從而得到狀3,34]。李文等人通過(guò)從熱力學(xué)方法，建立了超疏水表面的幾何規(guī)則尺寸對(duì)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(duì)設(shè)計(jì)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(duì)研究液滴的外觀形貌起到了開(kāi)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(mǎn)足 Young-Laplace 微分方程： 1 1P P o gh 2H

進(jìn)/后退角還可以定義為：在增加液滴體積時(shí)，液滴與固體表面動(dòng)而未動(dòng)狀態(tài)時(shí)的接觸角是前進(jìn)接觸角，也可以理解為液滴在達(dá)到的角度，否則液滴的前端不會(huì)向前運(yùn)動(dòng)；在減少液滴體積將動(dòng)而未動(dòng)狀態(tài)時(shí)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(huì)發(fā)生移動(dòng)。θaθrα圖 1-6 液滴在傾斜固體表面的潤(rùn)濕情況：θa為前進(jìn)角；θr為后退角

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 賈志海;雷威;賀吉昌;蔡泰民;;微結(jié)構(gòu)疏水表面振動(dòng)液滴的動(dòng)態(tài)特性[J];科學(xué)通報(bào);2014年27期

2 宋金龍;徐文驥;陸遙;劉新;魏澤飛;孫晶;;電化學(xué)和化學(xué)加工法制備鋁基體超雙疏表面[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年05期

3 方京男;洪碧圓;童威;雷群芳;方文軍;;基于CaCO_3/SiO_2復(fù)合粒子的超疏水表面制備[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2011年02期

4 羅振寰;張慶華;詹曉力;陳豐秋;;聚硅氧烷嵌段/接枝改性聚氨酯的表面性能[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2011年03期

5 張友法;余新泉;周荃卉;李康寧;;超疏水低粘著銅表面制備及其防覆冰性能[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2010年05期

6 管自生,張強(qiáng);激光刻蝕硅表面的形貌及其對(duì)浸潤(rùn)性的影響[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2005年10期

本文編號(hào)：2823266