液滴与疏水和超疏水固体表面作用的研究
受到荷叶表面特有自清洁性质的启发，近年来关于超疏水表面的研究成为热点。液体与疏水固体表面的作用是由流体与固体的界面决定的，此现象与人们的生活如工业生产、食品制造等密切相关。 本论文采用格子玻尔兹曼方法，对液体与超疏水固体表面的相互作用进行了模拟。超疏水表面是指接触角大于150度且滑移角小于5度的表面，一般固体表面的接触角最大为120度，所以超疏水固体可由固体表面负载一层纳微结构而得到。 本论文关于液滴与疏水和超疏水固体表面的相互作用的模拟包含如下三个部分: (ⅰ)首先，我们研究微米液滴与超疏水表面的撞击过程。在模拟中，通过对液滴给与一定的速度使其撞击超疏水固体表面，发现液滴与固体作用的几种新形式，具体如下:当液滴下落到粗糙度分布均匀的固体表面时，液滴除了跳跃离开固体表面和以传统的Cassie态、Wenzel态停留在固体表面，还会以另外两种新的方式坐落在固体上。在这里我们把这两种新的润湿状态命名为Mid-embed state和Side-embed state。这两种形态与Wenzel state很接近，但是在Wenzel state中，表面上的液体与基质的接触面积Sup和表面下即间隙的液体与基质的接触面积Sdown相等，在这两种新形态中，液滴与上表面的接触面积大于与下表面的接触面积。在Mid-embed state中，进入粗糙度柱子间隙的液体是连续的，而在Side-embed state中，液体是不连续的，只有外围间隙充满液体而中间间隙是空的。 (ⅱ)我们同时研究了微米液滴撞击带粗糙梯度的固体表面时其跳跃方向的选择性。当液滴下落到粗糙度分布不均匀的固体表面时，液滴不仅可以向粗糙度大的一侧跳跃，还可以向粗糙度较小的一侧跳跃或垂直跳起，这一发现在以前的研究中也从未被发现过。论文也对跳跃方向的调控机理进行了模拟。 (ⅲ)最后，我们也对毛细现象进行了模拟，把一个疏水的毛细管插入液体水槽中，管中液体在毛细力作用下下降，并将液滴下降高度随时间变化与已有的Lucas-Washbum模型进行比较。
格子玻尔兹曼;微米液滴;超疏水表面;表面粗糙度;毛细现象
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
张现仁
2015
中文
O647.2;O641.3
85
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）