基于动态润湿的三相线行为研究

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随着科学技术的快速发展,人们对微观领域越来越重视,动态润湿作为微纳米尺度下广为关注的方向之一,尤为重要。在动态润湿领域中,三相接触线的动态行为,液滴移动过程中从局部运动到整体运动的转变过程,以及不同的动态润湿中三相线的动态行为规律等,仍是现今未能攻克的难题。本文以力学的方法,通过实验观测、数值模拟与理论分析,从不同角度对这些问题进行了研究。本文首先介绍了Surface Evolver有限元软件在本论文中的适应性与可靠性,然后在接触角测量仪OCA20的基础上,进行实验台的搭建,针对表面上液滴由水平到倾斜过程其动态润湿中三相接触线的动态问题,进行观测和实验图像提取,得到三相接触线的动态行为图像,并且在后续工作中进行总结和归纳。本文将侧重点放在三相线的动态行为上,实验得到的图像是三相接触线的实验观测结果图,将图像汇总可以得到三相线的行为规律,并且得到了三相接触线在液滴水平到倾斜过程中周长和面积的变化趋势。在实验观测中,本文发现在其局部运动到整体运动的过渡过程中存在不动的区域,该区域是否发生移动关系到液滴在运动中是否发生整体运动,可以作为液滴整体运动启动的一个依据。另外,本文讨论了管内液滴形貌建模的相关问题。静态问题是动态问题的基础,本文在数值模拟的辅助下,通过变半径模型给出理论上静态液滴管内形貌的建模,补全了液滴形貌建模在管内壁上模型的缺失。并且,以该模型为基础,通过改变接触角以及体积的方式,模拟了管内液滴蒸发过程中的三相接触线的动态行为。液桥是润湿中常见的形式之一,本文通过数值模拟,讨论不同形状固体表面间液桥的液桥力与断裂距离问题,发现液桥力与断裂距离和两固体表面的曲率与对称性息息相关。在此基础上,本文分析了不同形状固体表面间液桥拉伸过程中三相接触线的动态行为,指出在液桥拉伸过程中,拉伸距离与三相线之间的关系以及三相线在拉伸过程中的变化规律等,为AFM探针等微结构的制备以及湿粘附在工业生产中的应用提供基础。
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