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振动诱导微结构粗糙表面水滴Wenzel-Cassie状态转变特性
  • ISSN号:0438-1157
  • 期刊名称:化工学报
  • 时间:2014.2.1
  • 页码:544-549
  • 分类:TQ051.5[化学工程]
  • 作者机构:[1]上海理工大学能源与动力工程学院,上海200093
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(51176123);上海市自然科学基金项目(11ZR1424800);高等学校博士学科点专项科研基金项目(20103120120006).
  • 相关项目:带宽微振动诱导超微结构表面液滴Wenzel-Cassie状态转变机理研究
中文摘要:

以聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底采用光刻蚀技术制备了微方柱结构粗糙表面。采用高速摄影对液滴在垂直振动作用下的动态浸润状态进行了图像采集。通过对水滴振动过程中的动态浸润特性分析,研究了粗糙表面水滴的Wenzel-Cassie 浸润状态转变特征。结果表明,对于一定尺寸的 Wenzel 状态水滴,只有当施加的振动能量超过某一阈值时,微方柱粗糙表面Wenzel状态液滴才可以发生向Cassie状态的完全转变,且存在发生Wenzel-Cassie浸润转变的阈值范围;此外,当外加振动频率和液滴固有频率一致时,即在共振频率时,液滴发生 Wenzel-Cassie状态转变需要的能量最小。外加振动频率偏离液滴固有频率越远,发生Wenzel-Cassie状态转变需要的能量最大。基于表面化学和振动力学理论,建立了液滴发生Wenzel-Cassie转变时的物理模型。

英文摘要:

Superhydrophobic surfaces have aroused great attention for promising applications, e.g., enhanced heat transfer. The rough surface of square-shaped pillars was prepared from the polydimethyl-siloxane (PDMS) substrate by using photolithography technique. Based on the analysis of dynamic wetting characteristics of water droplets during vertical vibration, the Wenzel-Cassie wetting transition on the rough surface was studied with experimental and theoretical techniques. The experimental results showed that the Wenzel state droplets on the square-shaped pillars rough surface could change to the Cassie state when forced vibration frequency and amplitude were in the threshold range. When the eigenfrequency of the droplet was in accordance with forced vibration frequency, that is to say, at the resonance frequency, the forced vibration amplitude for Wenzel-Cassie wetting transition reached the lowest value. When forced vibration frequency was far from eigenfrequency, vibration amplitude was greater than the amplitude corresponding to resonance frequency. In the end, using the theory of surface chemistry, combining with vibration mechanics, a physical model was proposed to explain the Wenzel-Cassie wetting transition mechanism. This study could be potentially used to improve and control the heat transfer performance of dropwise condensation.

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期刊信息
  • 《化工学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国化工学会 化学工业出版社
  • 主编:李静海
  • 地址:北京市东城区青年湖南街13号
  • 邮编:100011
  • 邮箱:hgxb126@126.com
  • 电话:010-64519485
  • 国际标准刊号:ISSN:0438-1157
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1946/TQ
  • 邮发代号:2-370
  • 获奖情况:
  • 中国科协优秀期刊二等奖,化工部科技进步二等奖,北京全优期刊奖,中国期刊方阵“双效”期刊,第三届中国出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,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,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:35185