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液滴在梯度微结构表面上的铺展动力学分析
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O221.2[理学—运筹学与控制论;理学—数学]
  • 作者机构:[1]北京科技大学机械工程学院热能工程系,北京100083, [2]华北电力大学,新能源电力系统国家重点实验室,北京102206
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:51176010)资助的课题
中文摘要:

本文通过改变肋柱宽度和间距,构造了二级和多级梯度微结构表面,采用格子-Boltzmann方法对液滴在两种梯度表面上的铺展过程进行了研究,探析液滴运动的机理和调控方法.结果表明,在改变肋柱间距的二级梯度表面上,当液滴处于Cassie态时,接触角滞后大小与粗糙度梯度成正比关系;当液滴从Cassie态转换为Wenzel态或介于两者之间的不稳定态时,这一正比关系不再遵循.在改变肋柱宽度的二级梯度表面上,接触角滞后大小与粗糙度梯度始终成正比关系.在多级梯度表面上,随液滴初始半径增大,接触角滞后减小,但液滴平衡位置相较于初始位置偏离增大.对梯度微结构表面上液滴运动和接触角滞后的定量分析,可为实现梯度微结构表面液滴运动调控提供理论依据.

英文摘要:

Designed microtextured surfaces have shown promising applications in tuning the wettability of a liquid droplet on the surfaces and attracted great attention over the past decade; unfortunately, the effect of surface geometry on wetting properties is still poorly understood. In this work, two- and multi-stage pillar microtextures are designed to construct gradient surfaces by altering pillar width and spacing. Then, the multi-phase lattice-Boltzmann method(LBM) is used to investigate the wetting dynamics of a liquid droplet on the gradient surface. Results show that for the two-stage gradient surface with variable pillar spacing, the contact angle hysteresis is found to be proportional to the roughness gradient when droplet/surface system is in the Cassie-Baxter state. However, this proportional relation is no longer correct when the system is in the transition state between the Wenzel and Cassie-Baxter states. For the two-stage gradient surface with variable pillar spacing, the contact angle hysteresis always increases linearly with increasing roughness gradient.Results also show that when a larger droplet is placed on the multi-stage gradient surface, stronger droplet motion is observed due to the smaller contact angle hysteresis. The present LBM simulations provide a guideline for the design and manufacture of the microtextured surfaces to tune the droplet wettability and motion.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876