中文摘要：

随着以聚二甲基硅氧烷为代表的软基底材料在微纳流体系统中的广泛应用，Young方程历史遗留难题- - 液气界面张力垂直分量问题迎来了新的机遇和挑战。该垂直分量的存在将引起软基底材料表面产生与微纳流体系统中器件的特征尺寸相当的表面变形，从而影响到系统的工作性能。鉴于此，本项目将开展由蒸发液滴引起的弹性薄膜表面变形及其相关研究。首先通过数字图像相关技术观测由液气界面张力垂直分量引起的弹性薄膜表面变形的动态过程，并利用接触角测量仪和显微粒子技术实验研究接触角滞后和温度对液滴蒸发的影响；与实验结果相结合，建立合适的理论模型，对模型进行相应简化，给出描述蒸发现象以及由蒸发液滴引起的表面变形动态过程的方程，得到表面变形的解析解，并辅以数值计算来探寻接触角滞后和温度对液滴蒸发的影响，以及分析讨论膜厚、接触角滞后和温度等对薄膜表面变形的影响，为优化设计微纳流体系统和提高系统的工作性能提供指导和帮助。

结论摘要：

本项目开展了固着液滴在聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)和Teflon表面上的蒸发实验，发现所有实验均依次经历常接触面积模式、常接触角模式和混合模式。基于球状液滴和均匀的浓度梯度假设，对常接触面积模式和常接触角模式进行了理论分析，并首次给出了几乎适用于任意初始接触角的常接触面积蒸发模式的解析解。 由于PDMS是具有很低杨氏模量的橡胶类超弹性材料，在液气界面张力垂直分量的作用下，固着液滴将使其表面上产生较大的变形。这种变形将可能影响液滴的蒸发行为。于是我们开展了三种不同质量配比的PDMS表面上的水滴蒸发实验，发现PDMS膜的质量配比越大，常接触面积模式的持续时间越长。 Young方程是毛细理论和润湿的重要方程之一，但是该方程对液气界面张力垂直分量未作任何描述。现在，随着软材料的广泛应用，该垂直分量将引起基底的表面变形，并在微流体系统的制造过程中起到重要作用，这已是该研究领域的共识。我们从理论分析，实验研究和数值模拟等方面就表面变形这一问题进行了综述。而且，我们还讨论了由垂直分量引起的表面变形对液滴润湿和铺展行为、微悬臂梁的弯曲、弹性毛细现象、电弹性毛细现象等的影响。我们不仅对该问题的历史发展和目前的研究进展进行了简单的综述，并且也针对后续的研究提出了几点建议。此外，本项目还从理论分析和数值模拟两方面研究了由微液滴引起的微梁的弯曲变形。发现当微梁上表面存在着微液滴时，微悬臂梁会向上弯曲而微简支梁、一端固定一端简支微梁和两端固定微梁则会向下弯曲。在此基础上进一步讨论了液滴蒸发对微梁变形的影响。