微尺度意义上超薄液膜的流动特性和稳定性对以微机电系统(MEMS)为主的技术发展和应用具有重要的理论意义。当液膜厚度为纳米级时,常常需要同时考虑分子间作用力(分离压)、基底表面性质以及液膜所含表面活性剂对流动特性和稳定性的影响,但目前这类研究尚未开展。为此,本课题研究非平整基底上含表面活性剂的超薄液膜流动过程及其稳定性,考虑与活性剂浓度有关的分离压的作用,采用润滑理论推导液膜厚度及表面活性剂浓度的演化方程。通过对所建立的演化方程在具有矩形沟槽和突起的基底表面进行稳态和非稳态(铺展)过程的数值求解,揭示分离压、基底特征和表面活性剂三种因素的耦合对超薄液膜流动的独特影响;采用非模态稳定性理论计算液膜厚度和活性剂浓度分布不均匀情况下,扰动能量的增长特性,分析流动的稳定性特征。本课题旨在为各应用领域实现微尺度液膜的精确控制提供理论基础。
英文主题词surfactant;ultrathin liquid film;topography;disjoining pressure;stability