液體彈珠和顆粒筏是具有疏水性的微納米顆粒組裝在液-氣界面上而形成的軟物質(zhì),具有很多奇特的性質(zhì),因而在微量液體轉(zhuǎn)移、微流體器件,生物、化學、原油乳液和礦物浮選等領域得到了廣泛應用。本文對液體彈珠和顆粒筏的力學行為進行了系統(tǒng)研究,研究過程中搭建了一套新型的試驗裝置以測試其力學響應,并采用量綱分析、連續(xù)介質(zhì)力學以及表界面物理等知識建立模型進行理論分析。首先,本文研究了液體彈珠和液滴隨著體積減少而表現(xiàn)出不同的浸潤性的現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)在其內(nèi)部所含液體較少的時候,液體彈珠的性質(zhì)更加接近于固體。當所含液體量非常少的時候,液體彈珠呈現(xiàn)出固體薄膜的性質(zhì),并表現(xiàn)出較好的彈塑性行為。此時,該薄膜受壓縮并當壓力撤銷之后能夠保持很大的變形。在此基礎上,利用這一性質(zhì),可以將該種薄膜任意雕刻成特定的幾何形狀。通過力學分析,我們發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象主要是由于顆粒的表面密度隨著含水量的減少而發(fā)生了逐步改變。然后對顆粒筏的承載能力進行了全面研究。我們設計了一套專門的實驗裝置,采用該裝置測量了細長桿對液面和顆粒筏進行垂直加載時受到的力,得到了力-位移實驗曲線。該裝置也能對液面和顆粒筏在受到加載時產(chǎn)生的形貌變化進行記錄,發(fā)現(xiàn)細長桿在刺穿水... 

【文章來源】：中國石油大學(華東)山東省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

被蠟包裹的液體彈珠的外形和尺寸的范圍，其中比例尺是1mm[15]

液體彈珠巧妙地將傳統(tǒng)微量液滴移動的液-固界面(液滴同基底的界面) 轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌墓?固界面(超疏水顆粒和基底的界面)，從而較簡便地實現(xiàn)對微量液滴的控制。圖1-2 (a)水面上的液體彈珠[25]Fig1-2 (a) Liquid marble floating on water[25]制作液體彈珠的材料不僅限于超疏水的顆粒，疏水顆粒和親水顆粒都可以用來制作液體彈珠，新產(chǎn)生的固-固界面狀態(tài)可以由微納米顆粒的親疏水性而決定。在圖1-3中由于表面張力的原因，疏水的顆粒和親水的顆粒都被吸附在液體表面，顆粒間的空隙導致產(chǎn)生了隔離層，使液體彈珠和基底隔離開，但是疏水顆粒產(chǎn)生的隔離層要比親水顆粒產(chǎn)生的隔離層要大，所以疏水顆粒的液體彈珠更加穩(wěn)定。圖1-3 疏水顆粒和親水顆粒在氣液界面的狀態(tài)和不同的彎液面[25]Fig1-3 Meniscus position of core liquid on particles according to hydrophobic or hydrophiliccontact angle[25]不僅是重力，我們也可以通過磁力控制有鐵磁性的顆粒來控制液體彈珠或者通過介電泳控制顆粒和里面的液體來控制液體彈珠[21, 22]，許許多多的可能性亟待我們?nèi)グl(fā)掘。

[25]制作液體彈珠的材料不僅限于超疏水的顆粒，疏水顆粒和親水顆粒都可以用來制作液體彈珠，新產(chǎn)生的固-固界面狀態(tài)可以由微納米顆粒的親疏水性而決定。在圖1-3中由于表面張力的原因，疏水的顆粒和親水的顆粒都被吸附在液體表面，顆粒間的空隙導致產(chǎn)生了隔離層，使液體彈珠和基底隔離開，但是疏水顆粒產(chǎn)生的隔離層要比親水顆粒產(chǎn)生的隔離層要大，所以疏水顆粒的液體彈珠更加穩(wěn)定。圖1-3 疏水顆粒和親水顆粒在氣液界面的狀態(tài)和不同的彎液面[25]Fig1-3 Meniscus position of core liquid on particles according to hydrophobic or hydrophiliccontact angle[25]不僅是重力，我們也可以通過磁力控制有鐵磁性的顆粒來控制液體彈珠或者通過介電泳控制顆粒和里面的液體來控制液體彈珠[21, 22]，許許多多的可能性亟待我們?nèi)グl(fā)掘。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3606221