【摘 要】
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共晶镓铟合金(EGaIn)是一种室温液态金属,其具有无毒、导电、表面张力大以及可自愈合等性质,在机械、电子和生物工程中具有广阔的应用前景。近年来,通过电场调控EGaIn在NaOH溶液中形成的双电层结构,已实现EGaIn在材料上的运动控制。但是以往的研究往往忽视了基板类型对EGaIn运动行为和润湿性的影响。因此研究电场驱动EGaIn在不同基板上的润湿及运动具有重要的意义。基于此,本文选择两种基板类型
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共晶镓铟合金(EGaIn)是一种室温液态金属,其具有无毒、导电、表面张力大以及可自愈合等性质,在机械、电子和生物工程中具有广阔的应用前景。近年来,通过电场调控EGaIn在NaOH溶液中形成的双电层结构,已实现EGaIn在材料上的运动控制。但是以往的研究往往忽视了基板类型对EGaIn运动行为和润湿性的影响。因此研究电场驱动EGaIn在不同基板上的润湿及运动具有重要的意义。基于此,本文选择两种基板类型:非金属(SiO2、石墨)与金属(Cu、Ni和Al),研究了EGaIn在以上基板上的润湿性及运动行为,获得的主要结果如下:1)揭示了在NaOH溶液中当EGaIn置于两电极之间时,电场驱动EGaIn在SiO2和石墨基板上运动的机制为电场引起的EGaIn?溶液界面张力梯度驱动液滴运动。2)证明了当EGaIn置于两电极之间时,NaOH溶液浓度、电压和电极间距对EGaIn运动行为有影响。增加溶液浓度和电压,液滴运动速度加快;增加电极间距,驱动液滴运动的临界电压增大。3)证明了在0.5 mol/L的NaOH溶液中,施加电场能够促进EGaIn在Cu和Ni基板上的润湿及铺展。润湿及铺展机制随电场极性的不同而不同。当Cu或Ni接负极,电场破除基板表面氧化膜是EGaIn由不润湿向润湿转变的主要原因;当Cu或Ni接正极,铺展机制主要为Ga基氧化膜破碎和液滴表面离子不均匀吸附形成了EGaIn?溶液界面张力梯度,进而引起Marangoni流驱动液滴铺展。在这种情况下,由于基板表面氧化膜和界面处存在溶液薄膜阻碍了液滴与纯净基板接触,使得液滴铺展时呈现非润湿性或伪润湿性状态。4)在0.5 mol/L的NaOH溶液中,当Cu或Ni接负极,断电后,三相线处界面张力平衡,EGaIn不发生回撤;当Cu或Ni接正极,断电后,Ga基氧化膜被溶解以及过剩阴离子不再吸附在液滴表面导致EGaIn?溶液界面张力梯度消失,三相线发生回撤。EGaIn在Ni基板上回撤至非润湿状态的原因是基板被氧化导致体系润湿性差;反之,液滴在Cu基板上回撤至润湿状态的原因是由于液滴与界面产物CuGa2的润湿性优于被氧化的Cu基板,引起三相线滞留,导致最终接触角降低。5)发现了在NaOH溶液中,无电场作用下EGaIn在Al基板上的接触角逐渐降低。润湿机制为基板表面氧化膜逐渐溶于NaOH中,从而促进了体系润湿性。
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