基于液滴蒸发的颗粒自组装机理及控制研究

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为了提高农药利用率,预测和控制农药液滴蒸发后,农药成分在叶片上的沉积形状,并使其均匀沉积,我们必须对液滴蒸发过程中其内部的液体流动及溶质颗粒的沉积进行深入了解与探究。此外,对蒸发液滴中液体流动和颗粒沉积的研究,不仅在应用上有助于指导微纳米颗粒自组装过程的工艺制定,提高其质量和可靠性,使其具有广阔的应用前景和重大的经济价值;而且对于揭示微纳米制造中出现的新机制和新规律,阐明蒸发液滴中微纳米颗粒沉积机制,建立微纳米颗粒自组装理论有着重大的科学意义和学术价值。本文利用荧光颗粒作为示踪颗粒,结合颗粒成像测速技术,搭建了微纳米颗粒运动观测系统。根据研究需求,设计定制了观测设备,利用饱和盐溶液蒸汽相对湿度的稳定性设计并研制了湿度精准控制系统,实现了饱和蒸汽环境以及不同湿度环境下的样品观测。实验观测结果表明,液滴在开放环境中蒸发时,其内部液体同时存在对流和外向流,进而结合理论推导,研究了液滴中外向流的平均高度速度的变化规律,并分析了外向流动对颗粒沉积的影响机制。同时,本文实验研究了液滴在饱和蒸汽环境下的蒸发特性,发现饱和蒸汽下,液滴仍然存在非常缓慢的蒸发,蒸发过程中液滴内部没有明显的液体定向流动,且液面上的蒸发强度由顶部到接触线处逐渐减弱,蒸发结束后液滴中的颗粒在基底上形成了均匀沉积构型。最后利用湿度控制系统,实验研究了环境相对湿度、农药成分浓度和农药液滴体积对农药液滴中农药成分沉积构型的影响。本文的研究将为蒸发诱导颗粒自组装的构型控制提供理论依据。
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