液滴撞擊固體表面是自然界中最常見的物理現(xiàn)象之一,宏觀液滴與微液滴的撞擊過程因有較強(qiáng)的傳熱傳質(zhì)性能而被廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。通過微液滴產(chǎn)生裝置產(chǎn)生微液滴,利用高速數(shù)碼攝像系統(tǒng)記錄下液滴撞擊表面的過程,最后通過程序處理液滴動(dòng)態(tài)過程圖,分析了表面微結(jié)構(gòu)對(duì)液滴最大鋪展系數(shù)以及振動(dòng)過程的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:最大鋪展系數(shù)隨液滴撞擊速度的增大而增大,受表面微結(jié)構(gòu)的形貌特征影響較小;將液滴撞擊表面后的振動(dòng)過程等效為單自由度的阻尼彈簧系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)表面微結(jié)構(gòu)對(duì)于液滴振動(dòng)阻尼系數(shù)有影響,但是對(duì)于彈性常數(shù)的影響不大。 

【文章來源】：甘肅科學(xué)學(xué)報(bào). 2019,31(03)

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圖１實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Ｆｉｇ．１Ｄｉａｇｒａｍｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｆａｃｉｌｉｔｙ

柱體陣列的硅片模板上。待混合液中的氣泡完全消失后，再放入８０℃的烤箱中靜置１０ｈ，最后揭開模板上凝固的ＰＤＭＳ表面，得到與模板結(jié)構(gòu)相反的微結(jié)構(gòu)表面。圖２為結(jié)構(gòu)表面的電鏡掃描圖，實(shí)驗(yàn)中所選用的微結(jié)構(gòu)表面：邊長(zhǎng)（Ｗ／Ｌ）為４μｍ和８μｍ的正方形／三角形凹坑，或直徑（Ｄ）為４μｍ和８μｍ的圓形凹坑，凹坑之間的間距（Ｓ）為２μｍ和１６μｍ，凹坑的深度（Ｈ）為２μｍ。圖２ＰＤＭＳ微結(jié)構(gòu)表面的ＳＥＭ圖Ｆｉｇ．２ＳＥＭｄｉａｇｒａｍｏｆＰＤＭＳｍｉｃｒｏ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅ液滴在結(jié)構(gòu)表面上一般存在２種狀態(tài)：一種為液滴懸浮在結(jié)構(gòu)表面上的Ｃａｓｓｉｅ模式；另一種為液滴完全潤(rùn)濕結(jié)構(gòu)表面的Ｗｅｎｚｅｌ模式，２種狀態(tài)的表觀接觸角θ＊分別滿足ｃｏｓθ＊＝ｆ（１＋ｃｏｓθ）－１和ｃｏｓθ＊＝ｒｃｏｓθ，其中ｆ為結(jié)構(gòu)表面的固體面積分?jǐn)?shù)；ｒ?yàn)榻Y(jié)構(gòu)表面的粗糙度；θ為液滴在無結(jié)構(gòu)表面上的平衡接觸角［１７］。實(shí)驗(yàn)通過接觸角測(cè)量?jī)x（ＫｒüｓｓＤＳＡ３０）測(cè)得液滴在不同結(jié)構(gòu)表面上的平衡接觸角θｅ以及接觸角滯后θｈ，它們分別反映了表面的疏水性能和表面粗糙度，液滴的穩(wěn)態(tài)接觸角隨著結(jié)構(gòu)表面的固體面積分?jǐn)?shù)的增加而減少，與基于Ｃａｓｓｉｅ模型預(yù)測(cè)接觸角吻合較好，如圖３所示。說明液滴在靜置的時(shí)候處于Ｃａｓｓｉｅ模式，表面固體面積分?jǐn)?shù)的增加會(huì)減小表面的疏水性。而液滴的接觸角滯后隨著表面粗糙

ｓθ＊＝ｆ（１＋ｃｏｓθ）－１和ｃｏｓθ＊＝ｒｃｏｓθ，其中ｆ為結(jié)構(gòu)表面的固體面積分?jǐn)?shù)；ｒ?yàn)榻Y(jié)構(gòu)表面的粗糙度；θ為液滴在無結(jié)構(gòu)表面上的平衡接觸角［１７］。實(shí)驗(yàn)通過接觸角測(cè)量?jī)x（ＫｒüｓｓＤＳＡ３０）測(cè)得液滴在不同結(jié)構(gòu)表面上的平衡接觸角θｅ以及接觸角滯后θｈ，它們分別反映了表面的疏水性能和表面粗糙度，液滴的穩(wěn)態(tài)接觸角隨著結(jié)構(gòu)表面的固體面積分?jǐn)?shù)的增加而減少，與基于Ｃａｓｓｉｅ模型預(yù)測(cè)接觸角吻合較好，如圖３所示。說明液滴在靜置的時(shí)候處于Ｃａｓｓｉｅ模式，表面固體面積分?jǐn)?shù)的增加會(huì)減小表面的疏水性。而液滴的接觸角滯后隨著表面粗糙度的增大而增大，說明液滴處于動(dòng)態(tài)的時(shí)候更傾向于Ｗｅｎｚｅｌ模式。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中主要通過對(duì)靜置的液滴增加或減少體積使其接觸線移動(dòng)，從而得到接觸角滯后。當(dāng)液滴體積增大或減小時(shí)，液滴內(nèi)部的壓強(qiáng)最終會(huì)增大，從而滲入表面結(jié)構(gòu)中［１８］，導(dǎo)致液滴可能由Ｃａｓｓｉｅ模式轉(zhuǎn)變?yōu)椋祝澹睿澹炷Ｊ�。圖３不同表面的平衡接觸角θｅ以及接觸角滯后θｈＦｉｇ．３Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｃｏｎｔａｃｔａｎｇｌｅθｅａｎｄｃｏｎｔａｃｔａｎｇｌｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓθｈｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｕｒｆａｃｅｓ２結(jié)果與討論２．１鋪展和回縮過程微液滴的撞擊過程與毫米級(jí)別液滴的撞擊過程類似，液滴先鋪展達(dá)到最大值，隨后開始回縮，如圖４（ａ）～（ｃ）所示。當(dāng)液滴以３．２ｍ／ｓ的速度（Ｗｅ＝３．６）分別撞擊在固體面積分?jǐn)?shù)為ｆ＝０．９

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超疏水表面上液滴撞擊動(dòng)力學(xué)的研究[J]. 李西營(yíng),高麗,劉勇,楊浩,毛立群.  廣州化工. 2011(22)

碩士論文
[1]典型靶標(biāo)作物葉表面對(duì)農(nóng)藥液滴吸附特性的研究[D]. 鐘香梅.吉林大學(xué) 2015
[2]DOD壓電式噴墨打印液滴形成和沉積過程的研究[D]. 蔡昊.華中科技大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3072690