【摘 要】
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液滴撞击固体表面时,其动力学过程除了受表面润湿性、粗糙程度和硬度等因素的共同作用,环境气压、温度的影响,也受到自身大小、表面张力和撞击速度等条件的制约。相较于控制其他因素,通过设计基底微观结构来控制液滴撞击基底后的行为简单且有效。目前已有许多研究通过设计控制基底性质、环境条件和液滴性质成功实现控制液滴撞击固体表面后的行为。最近有研究表明,基底的硬度大小会改变液滴撞击基底时的飞溅强度,以往的研究主要
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液滴撞击固体表面时,其动力学过程除了受表面润湿性、粗糙程度和硬度等因素的共同作用,环境气压、温度的影响,也受到自身大小、表面张力和撞击速度等条件的制约。相较于控制其他因素,通过设计基底微观结构来控制液滴撞击基底后的行为简单且有效。目前已有许多研究通过设计控制基底性质、环境条件和液滴性质成功实现控制液滴撞击固体表面后的行为。最近有研究表明,基底的硬度大小会改变液滴撞击基底时的飞溅强度,以往的研究主要集中在硬度匀质基底对液滴撞击基底后的飞溅行为影响上,而对于液滴撞击硬度异质基底的飞溅行为很大程度上仍未被充分探索研究。本文主要提供一种利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和交联剂的质量混合比例不同,则固化后硬度不同的性质,实现简单制作硬度异质基底的方法,并系统的研究这种由硬的区域包围软螺旋组成的硬度异质基底对液滴撞击过程的影响。结果表明,液滴撞击硬度异质基底后的飞溅行为与液滴撞击硬度匀质基底的飞溅行为明显不同。液滴撞击硬度异质性差异越大的基底越容易出现直接飞溅,体现在液滴撞击硬度异质基底发生飞溅的临界速度更低。除此之外,液滴撞击硬度异质基底发生飞溅后,喷射出的微小飞溅液滴的飞溅速度明显大于液滴撞击相应的硬度匀质基底发生飞溅后,喷射出的微小液滴的飞溅速度。当液滴撞击基底的速度越大时,上述结果越明显。这表明,液滴撞击硬度异质表面时的飞溅强度更大,这与以往的研究结构相符合。本研究概括了对液滴撞击硬度异质基底的飞溅的理解,从对比液滴撞击匀质和异质基底的能量损耗差异方面,给出了导致这种结果的原因。揭示了利用硬度异质基底控制液滴飞溅的潜力,可能应用于液滴撞击和控制飞溅。本文的主要内容如下:(1)利用聚二甲基硅氧烷,制作了三种材料相同、但硬度差异不同的异质基底。通过研究对比液滴撞击异质基底和匀质表面的飞溅情况,研究硬度异质基底对液滴撞击行为的影响。(2)测量液滴以不同速度撞击不同基底后的飞溅速度,给出液滴撞击硬度异质基底和匀质基底飞溅行为不同的原因并验证其可靠性。
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