一、接触角滞后现象的理论分析（论文文献综述）
周玉玲[1]（2021）在《Cassie润湿模式下超疏水翅片的结霜/融霜特性研究》文中提出空气源热泵因其高效、节能环保、兼顾供暖与制冷功能、运行费用低以及安装使用灵活等优点,被广泛应用于建筑空调系统冷热源。然而,冬天空气源热泵室外蒸发器会结霜问题,制约了其在冬季的正常运行。针对这一问题,制备了超疏水翅片,具有成本低,效率高,节能环保等优点。本文通过可视化实验和理论分析研究了 Cassie润湿模式下超疏水翅片表面的结霜和融霜特性,并与Wenzel润湿模式翅片进行对比分析,揭示了表面微结构的几何特征对不同润湿模式下超疏水翅片结霜/融霜的影响,具体工作内容与结果如下:结霜可视化实验方面,对比了 Wenzel润湿和Cassie润湿模式下两种超疏水翅片表面的细微观图像,如液滴凝结、合并弹跳、冻结、霜层生长等过程。实验发现Cassie翅片具备延缓霜层生长。相同工况,Cassie翅片表面凝结液滴分布稀疏,生长速率缓慢,存在凝结液滴合并自弹跳现象,且凝结液滴开始冻结和完全冻结时间较晚,霜层高度比Wenzel翅片减少了约50%,基于该实验阐明了翅片表面微结构的润湿模式对超疏水翅片结霜特性的影响。在揭示Cassie翅片抑制结霜的同时,研究了结霜初期冷表面凝结液滴的冻结传递特性,研究表明,凝结液滴的冻结传递受霜晶横向扩散速率和液滴间距的影响,增大冷表面的接触角或减小凝结液滴分布密度,可以降低冻结传递速率,起到延缓结霜的作用,这也是Cassie润湿模式下超疏水表面具有优良抑霜性能的重要原因之一。理论研究方面,建立了不同翅片表面凝结液滴的传热模型、生长模型以及Cassie润湿模式超疏水翅片凝结液滴合并自弹跳模型,揭示了表面微结构对结霜初期凝结液滴生长过程中的影响。研究表明:与普通翅片、Wenzel润湿模式翅片相比,Cassie翅片表面的液滴传热热阻大,液滴生长速率缓慢,通过增大表面接触角、降低传热温差以及优化设计表面微结构尺寸能进一步延缓凝结液滴生长,减小翅片表面纳米结构直径或增大其高度和间距,有助于使凝结液滴生长速率变慢。Cassie翅片表面凝结液滴生长慢的原因是液滴生长时会产生合并释放表面能,驱动液滴自发弹跳脱离翅片表面,从而延缓了结霜过程。进一步研究表明:较大的表面接触角和较小的固—液接触面积比,使得表面剩余驱动能更多,促进凝结液滴的弹跳;同时,合并前液滴半径越大且液滴合并数量越多,越容易促进凝结液滴的弹跳。融霜可视化实验方面,对比了 Wenzel和Cassie润湿模式超疏水翅片表面的融霜特性,得到了霜层融化、融霜水收缩成液滴等图像。研究表明:相比Wenzel翅片,Cassie翅片的融霜效率高,能完整的从翅片表面脱落,留下相对干燥的翅片;而在Wenzel翅片,霜层融化后剩余的液滴没有完全被蒸发掉,就会在下一个结霜周期继续生长成霜层。理论研究方面,建立了 Cassie润湿模式超疏水翅片表面霜层融化时的脱落模型,结果表明:霜层脱落的关键在于翅片表面微结构和霜层之间封闭空间内的空气受热后膨胀以及Cassie模式下其表面的弱粘附。减小翅片表面的纳米结构直径或增大其高度,有利于降低霜层剥落所需的加热温度,从而减少除霜能耗。本文旨在探讨表面微结构的几何特征对不同润湿模式下超疏水翅片的结霜和融霜过程的影响,为实现高效抑霜/融霜型翅片的设计与优化提供理论指导。
汤程[2]（2021）在《电场下超疏水表面微液滴的摩擦和黏附行为研究》文中研究说明微流体控制系统可在微观尺度实现对微液滴的运输、分离、合并等操作,从而应用于芯片实验室、生物技术和液体透镜等领域。微流体控制系统的主要接触界面是固液界面,因此固液界面间的摩擦和黏附行为对微流体控制系统功能的实现起着至关重要的作用。前期研究表明,固液界面摩擦和黏附行为与固体表面的形貌和润湿性能密切相关,因此可通过在固体表面构建各类微结构以调节固液界面行为。但是,通过对固体表面进行微结构设计并不能实现固液界面行为的实时调节。研究表明,通过温度和红外光等外部刺激可诱导固体表面亲/疏润湿状态转变,但是此类外部刺激诱导的固液界面润湿响应时间非常慢,通常在数小时或数天,并不适用于实时控制固液界面行为。三相接触线发生改变的物理现象。在介质上电润湿系统中,微液滴的表观接触角和三相接触线长度会随外加电压而实时变化,响应时间快。因此,介质上电润湿技术在实时控制固液界面摩擦和黏附行为中具有潜在的应用。目前对介质上电润湿行为的研究主要集中于对介电材料电学性质的优化,而对电场下的固液界面摩擦和黏附行为的研究比较少,特别是通过介质上电润湿实时控制固液界面摩擦力和黏附力的研究还未见报道。本课题的目标是基于介质上电润湿的固液界面摩擦力和黏附力实时控制,并通过课题组自主研发的仪器对电场下超疏水表面微液滴的摩擦和黏附行为进行了系统研究。首先,对超疏水表面微液滴的电润湿行为进行分析,根据三相接触线和表观接触角的变化趋势将微液滴形态的变化区间分为静态区、过渡区、饱和区;然后,分别对不同区域中的固液界面摩擦力和黏附力进行测试和分析。结果表明,摩擦力和黏附力与介质上电润湿区密切相关。在静态区,电润湿效应对固液界面润湿状态的影响甚微,固液摩擦力和黏附力随电压的增加不发生改变;在过渡区,固液界面从Cassie态向Wenzel态转变,摩擦力从0.1μN增加到60μN,黏附力从30μN增加到250μN,摩擦力和黏附力均提高了两个数量级,且摩擦力和黏附力对电压的响应是实时的;在饱和区,微液滴在高电压作用下处于Wenzel态,摩擦力和黏附力保持相对稳定,并未随电压的增加而进一步增加。上述结果均表明,通过外加电压可实时控制固液界面的摩擦和黏附行为。此外,本研究还对电场下固液界面的摩擦力、黏附力、三相接触线、表观接触角、微液滴曲率半径之间的关系进行了系统分析,并进一步研究了微液滴体积和移动速度对固液界面摩擦和黏附行为的影响。本课题提出了一种借助介质上电润湿效应实时控制固液界面摩擦力和黏附力的方法,研究成果不仅可实现固液界面行为的实时控制,还有助于进一步丰富电场下固液界面摩擦和黏附基础理论。
唐晓轩[3]（2021）在《柔性跨尺度水雾收集器件及其集水保水效应研究》文中研究说明随着人类社会的不断发展,人口不断增长,对于洁净淡水资源的需求也在逐年上升,我国尤其面临着人均可用水量仅达到世界平均水平的25%的严重缺水问题。究其原因,占比全国总淡水用量一半以上的农业用水浪费率居高不下是主要根源之一。为解决水资源短缺问题,受自然界生命启发的功能性结构或装置在收集净水资源方面显示出巨大的潜力。而尽管在液滴的捕获和定向运输方面已经取得了许多科研成果,但对于实际的生活使用来说,如何有效地储存收集的水以供直接利用和减少浪费却很少得到研究。本课题受荻草叶鞘长效贮水特性的启发,研究发现了全新的仿生保水策略,结合已有的成熟微流控策略,通过飞秒激光直写加工技术与传统纸艺技术,设计制备了一种具有抗蒸发保水功能的柔性水雾收集器件,可实现高效收集水雾并对其进行长期储存。并且得益于器件的柔性,多个器件的组合可以直接穿戴于植物茎秆之上以提高植物的集水效率和保水效果,从而具有直接应用于农业灌溉与盆栽养护等实际应用场合的优异实用价值。该器件由具有高效水雾收集性能的微刺圆阵与具有长效保水抗蒸发能力的储水环组成。本研究详细地对其多种仿生微流控策略有机结合所实现的高效水雾收集与长效抗蒸发保水功能进行了性能表征与原理分析。而对冠状水雾收集器件的性能实验显示,与单个器件相比,多器件组合后的集水保水性能提升幅度并不随组合数目的增多而降低,证明了其优良的可拓展性,适于进行大规模使用。综上所述,本研究提出了一种新颖的多驱动力共同作用的微流控设计策略,发现了一种新颖的依靠结构实现抗蒸发的保水机理,并为解决淡水资源危机问题构建了一条减少蒸发浪费的新思路。
张建锋[4]（2021）在《光滑注液多孔薄膜液滴三维操控研究》文中研究说明随着微机电系统（Micro Electromechanical System,简称MEMS）工艺的发展,基于介电润湿效应的数字微流控技术,因其精准、高效、快速的微液滴控制方式,在化学反应、药物合成、样本分析、生物检测等领域具有良好的应用前景。数字微流控不仅芯片结构简单、体系可伸缩性强,而且无需任何的微型泵、微型阀、微流体通道等微机械加工器件就可以控制液滴定向移动。但目前的数字微流控技术仍然存在连续驱动电压高（70V到150V左右）、介质层高压易击穿、电极结构复杂、并行量低和稳定性差等问题,且通过方波脉冲、正弦脉冲和交流信号驱动的方式又很大程度上制约了数字微流控的应用范围。针对目前数字微流控技术中出现的连续驱动电压高、介质层易击穿和电极结构复杂等问题,本文构建了开放式电极芯片上的二维液滴操控平台,通过利用氟硅烷改性后光滑注液多孔表面（SLIPS）上的极性低压电润湿现象,研究了垂直放置时间和硅油粘度对液滴操纵性能的影响,获得了改性SLIPS的最佳制备条件,实现了液滴在16个方形电极之间高效、精确地连续操控。有趣的是,与传统的非对称电润湿驱动不同,液滴在改性SLIPS上的驱动速度几乎不受接触角饱和效应的限制,随着施加电压的增大而增大,液滴连续驱动的阈值电压仅为8V,与未改性的SLIPS薄膜相比,连续驱动电压至少降低了15倍,与典型的开放式液滴操控装置相比,我们将电极数目减小了一半。此外,改性SLIPS薄膜具有良好的稳定性,其击穿电压高达1KV,且具有一定的自修复能力。为提高液滴操控速率、提升设备集成度、提高生化分析速度与灵敏度,本文构建了一个带有图案化电极的平行注液膜板结构,通过可编程控制直流电信号,研究了液滴在平行注液膜板间的非对称电润湿行为和液滴在静电力作用下的垂直传输过程,建立了液滴垂直运动的动态传输模型,获得了0.5μL液滴在不同极板间距下的工作电压区间,最后通过混合力,也就是水平方向的非对称电润湿力和垂直方向的静电力,实现了液滴在平行注液膜板之间的三维操控。该改性SLIPS上的液滴三维操控为数字微流控芯片上的高通量分析和高密度集成器件提供了一种非常有前景的解决方案。
赵庄[5]（2021）在《毛细水运动模型中关键参数的试验研究》文中研究表明毛细作用作为一把双刃剑,不仅普遍存在于自然界之中,在日常生活、工业生产及科学研究中也扮演着至关重要的角色。接触角、表面张力系数及毛细水上升或下降高度的预测等,都是与毛细作用密切相关的问题,而对于实际的液体与固体表面来说,对毛细作用相关问题的影响因素颇多。为了正确地评价毛细作用,发挥其有益一面,抑制其有害一面,本文通过试验的方法,分析了液滴大小、液滴挥发、毛细孔隙的孔径等因素对接触角的影响以及液滴大小与滚动角之间的关系,解析了液体在毛细管中实测值与Jurin准则预测值存在差异的原因,主要研究成果如下:（1）液体在毛细管内的实际上升高度与Jurin准则预测值存在差异的原因,是因为对于一定的液体与毛细管材料,毛细管中的接触角并不是一个定值,其大小与毛细管的内径尺寸密切相关;对毛细管中接触角来说,存在一个临界孔径,在该孔径下接触角可以达到最小值,小于或大于该孔径时,接触角都将增大。（2）液滴大小与滚动角之间呈现一种负相关关系,液滴的体积越大,滚动角越小;当固体表面与水平面垂直,即滚动角为90°时,只有液滴大小达到一定的体积之后才会发生滑动。（3）液体在毛细管内上升的过程中,接触角是一个动态变化的过程。从液体在毛细管内开始上升到上升稳定,接触角将随着毛细水上升高度的不断增大,呈现出先增大后减小的规律。（4）在自然状态下运用测高法进行水平固体表面上接触角的测量时,液滴大小、液滴的挥发将对测量结果产生明显的影响。液滴体积越大,液滴挥发时间越长,对接触角测量结果的相对误差越大。
史杰[6]（2021）在《马兰戈尼流动下颗粒悬浮液的液滴蒸发沉积形态研究》文中研究说明近年来,许多研究者在日常生活中发现咖啡、血液及牛奶滴落到桌面上,会形成中间颜色较浅、边缘较深的沉积形态,这一现象称为咖啡环效应。本质上咖啡环效应属于颗粒悬浮液液滴在固体基底上的蒸发行为,但由于其在生物技术、医疗检测、电子制造及喷墨打印等领域的技术应用和较为广阔的研究前景,逐渐引起了越来越多的研究者关注并进行深入探究的兴趣。因此,开展液滴蒸发对沉积形态的研究具有较为重要的意义和实用价值。本论文针对马兰戈尼流动下颗粒悬浮液的液滴蒸发沉积形态进行研究,主要研究在液滴的表面张力梯度影响下产生的马兰戈尼流,以及液滴蒸发时的毛细流动,两种流动的混合效果对液滴中颗粒运动和沉积形态的影响。通过理论分析、数值模拟和实验研究的方法,研究液滴蒸发时颗粒的运动与受力,并且将理论分析、数值模拟与实验研究相结合,对不同条件下液滴蒸发过程和液滴蒸干后的沉积形态进行研究。主要的研究内容和成果如下:1.通过应用流体力学、热力学和表面化学理论对液滴表面张力、表面活性剂对液滴表面张力的影响、局部表面张力的改变产生的马兰戈尼流动、蒸发过程中液滴内部的流场情况和颗粒的受力情况进行分析。（1）考虑到表面张力是液滴本身的性质,由于改变溶液的条件而产生表面张力差,由此产生的马兰戈尼流动由液滴边缘流向液滴中心部分;而液滴蒸发时产生的毛细流动会由液滴中心流向液滴接触线边缘处,由于毛细流动和马兰戈尼流动会相互抵消,最终影响液滴中颗粒的运动和蒸干后的沉积形态。（2）通过对液滴蒸发过程的理论分析,对液滴的两种蒸发模式——恒接触角模型和恒接触半径模型进行推导,两种蒸发模式在液滴内部的流动情况有所不同;对蒸发液滴的内部流场进行理论分析,理论分析结果表明:颗粒悬浮液液滴蒸发过程并非稳态过程,存在恒接触角蒸发到恒接触半径蒸发的过程;由于液滴蒸发通量的不均匀,液滴内部的流速在液滴中间位置较小、边缘处较大;考虑添加表面活性剂后产生的马兰戈尼流动,研究液滴中马兰戈尼流动的流速大小,并利用Ma数大小表示马兰戈尼流的剧烈程度;借助Matlab软件,对液滴蒸发过程内部的毛细流动与马兰戈尼流动进行数值模拟,研究不同位置的毛细流动大小与不同Ma数下马兰戈尼流动的剧烈程度。2.基于液滴蒸发过程的理论分析,针对颗粒悬浮液液滴蒸发沉积形态进行实验研究及其实验结果分析。（1）在整个实验研究中,选用合适浓度的聚苯乙烯颗粒作为“咖啡”颗粒,研究颗粒悬浮液的液滴蒸发过程和蒸干后沉积形态,并使用SDS（十二烷基硫酸钠,Sodium dodecyl sulfate）作为表面活性剂改变液滴的表面张力大小,使液滴中产生马兰戈尼流动,从而导致沉积形态的变化。（2）一是利用Nikon-Eclipse TE2000U荧光倒置显微镜、Nikon-SMZ745T体式显微镜并配备Pixe Link摄像镜头、Phantom高速摄像机直接连接电脑对液滴蒸发过程进行拍摄记录,二是利用显微镜观察颗粒悬浮液液滴蒸发结束后的沉积,对蒸发过程进行逆向的反推,并且对观察得到的实验结果进行分析。（3）实验研究结果表明:颗粒悬浮液的液滴蒸发过程并非稳态过程,还会经过液滴的接触线和接触角的变化之后持续进行蒸发,尤其是添加不同浓度的表面活性剂之后,液滴的接触角会变小,接触线会向外扩张并产生液滴的铺展现象;液滴的铺展过程进行的时间很短,大约只占液滴整个蒸发过程时间的1 4～1 3,在液滴的铺展过程结束后,液滴的接触线依旧会钉扎,形成液滴蒸发的咖啡环;在添加不同浓度的表面活性剂之后,液滴蒸干后的沉积形态会发生明显变化,尤其是液滴蒸发的咖啡环环宽会有明显变化。当添加的表面活性剂浓度越高,其环宽会越宽,环形沉积面积占整个沉积面积比例也会越高。本论文对于马兰戈尼流动下颗粒悬浮液的液滴蒸发沉积形态的研究成果,为颗粒悬浮液的液滴蒸发的进一步研究与应用奠定良好的基础。
潘俊超[7]（2020）在《纳米尺度下受限水的粘附、剪切及输运》文中研究表明水,被誉为生命之源,把握着地球上的生命脉动。在日常生活与工业生产实践中,水以体相水的形式普遍存在,同时又都受制于所处的环境,继而形成受限程度不一的受限水。近年来,随着纳米技术的发展与认知水平的提高,人们对纳米受限水的研究越发着迷,究其原因,主要是随着人们的生产实践与科学研究逐步深入到纳米尺度,表面/界面力的影响凸显,体相水与受限水在结构、热力学、动力学、电子科学以及材料科学等方面存在差异,继而产生一些新问题、新现象,需要用新的视角去研究。本文将研究的尺寸范围控制在0.3-100 nm之间,从纳米受限水不同的加载形式出发（“拉”,“剪”,“推”）,针对纳米受限水的粘附、剪切及输运三个科学问题,采用理论分析与分子动力学模拟方法,系统深入地研究了纳米受限水的结构、热力学以及动力学特征,从而探索其在物理、化学、生物、能源等领域的影响。本文的主要研究内容概括如下:（1）考虑毛细力与范德华（van der Waals）力对粘附剥离行为的共同影响,建立了一种连续力学模型来揭示湿润条件下纳米线从基底剥离行为的机理。当液桥处于热力学平衡状态时,通过联合Kelvin方程与Young-Laplace方程进行求解毛细力。当液桥处于热力学非平衡状态时,通过联合Young-Laplace方程与体积方程进行求解毛细力。范德华力是通过对纳米线与基底之间粘聚能求对距离的一次导数得到。通过改进的Kendall模型分析表明,纳米线从基底的剥离行为强烈依赖于剥离的角度、纳米线的预应力、纳米线的半径尺寸、纳米线的杨氏模量、液桥的相对位置以及纳米线弯曲。（2）考虑固-液界面与固-液-气边界对动态润湿的共同影响,提出了一种修正的分子动理论（Molecular-kinetic theory,MKT）来解释液桥剪切中的移动接触线问题。同时,利用大规模分子动力学（large-scale molecular dynamics,MD）模拟研究了在两层石墨烯膜之间受限液桥的整个剪切过程。结果表明,固-液-气边界处产生的剪切应力与固-液界面处产生的剪切应力在一个数量级上。固-液之间的Lennard-Jones（LJ）势能越强,液桥在石墨烯膜上的静态或者动态接触角就越小,但是界面间的摩擦系数以及粘附强度会增大。三维（3D）液桥与石墨烯膜之间的剪切应力会随着石墨烯膜的移动速度在一定范围内的增大而增强。液桥的尺寸大小会影响整体的固液剪切应力,但对液桥与石墨烯膜之间静态或者动态接触角的影响不大。通过分子动力学模拟以及与已有的理论结果对比发现,本文发展的分子动理论具有更高的精度。（3）采用全原子（Full-atom）分子动力学模拟研究了多层石墨烯离面方向不同孔径（0.82-3.4 nm）内受限水的结构及动态性能,包括密度、偶极角取向、扩散系数、摩擦系数以及剪切粘度等。发现当孔径小于等于临界孔径Dc=1.36 nm时,受限水呈现出明显的层状结构以及异常的动态特性。通过对受限水的流量以及流量加强因子的计算,并将本文计算结果与相近直径碳管中受限水的结果进行对比,进一步揭示了多层石墨烯纳米孔中受限水的动态特性。
卞雄恒[8]（2020）在《非对称结构中液滴自驱动原理及其操控方法》文中指出基于液滴的微流控技术是一种实现微升或纳升级别液滴独立操作的新技术,具有样品消耗少、反应速度快、可操作性强等优点,在各种生物化学实验中得到广泛应用。液滴自驱动技术作为一种常见的液滴微流控技术是指通过控制结构表面的性质,来实现微小液滴的驱动。其方法一般有两种:一种是从微观上,通过表面加工工艺在表面上构建湿润性梯度,从而产生湿润力来驱动液滴;第二种是从宏观上,通过在整体上构建非对称结构（例如不平行板结构）,从而产生非对称表面张力来驱动液滴。现有的研究中这两种方法都只能实现液滴的单向驱动,这大大限制了液滴自驱动的应用,所以如何找到一种实现液滴双向可控操作的方式并利用该方式实现液滴可控操作则至关重要。本文为了实现液滴的可控操作,对相关的两种操作进行了逐层的深入研究:第一,研究液滴在不对称结构内的双向可控操作（也即液滴在不平行板结构中的双向运动操作）;第二,研究液滴出入非对称结构的操作（也即液滴在开放式的单板结构和封闭式的双板结构中的转移操作）。首先,对于非对称结构中液滴自驱动机理进行研究。第一,对于液滴自驱动的理论基础进行简要的介绍;第二,讨论液滴在不平行板结构中的受力及自驱动条件,确定疏水不平行板结构的较好的操控性,从而进一步分析并得到液滴在疏水不平行板内能实现双向驱动的条件;第三,通过受力及仿真分析液滴在单双板过渡区结构中液滴的自驱动过程,得到液滴自驱动的模型及各种参数对这个过程的影响。其次,研究基于自驱动的液滴操作机理。第一,提出基于“弦长”的接触角分析方法,并得到了“可以通过弦长变化率来显性表达接触角的变化率”的普适性结论;第二,基于这种方法,分别分析液滴在不平行板结构及单双板过渡区结构中通过开合辅助驱动液滴的过程,分析这种驱动能成功的根本原因;第三,通过仿真分别对两种模型进行了模拟来验证上面的结论。第四,研究开合辅助液滴自驱动效率的影响因素,基于上述“弦长”方法来判断开合驱动的效率,从而得到了“控制结构（关键是弦长）能优化液滴的驱动效率”的推论。然后,结合第二章及第三章的研究,对于基于自驱动的液滴操作方法进行研究。其中包括第一,对于不平行板结构中的表面性质参数及控制参数对于驱动效率的影响进行研究,发现通过加大结构的差异性能有效提高驱动效率;第二,对于单双板过渡区结构的表面性质参数、控制参数和上板厚度对驱动效率的影响进行研究,发现利用薄且有亲水侧面的上板有利于提高驱动效率。最后,基于前面的理论分析,进行非对称结构下的液滴驱动的实验研究。首先,对于单双板过渡区结构,从实验角度验证了各种参数对于自驱动及开合辅助驱动的影响,并证实了薄板对于进出封闭结构的优越性;之后,利用这种薄板,基于疏水非平行板结构,提出了一种特殊的液滴镊子来实现液滴在各种疏水表面的捕获及释放,成功将在疏水面（120°接触角）上的液滴转移至超疏水面（150°接触角）;基于上面的方法,设计了一种一体化的液滴镊子来简化液滴捕获及释放过程;最后,基于该种镊子成功无损的转移了包含有斑马鱼卵及斑马鱼幼体的微液滴。与其他液滴转移方法相比,该方法成本低（成本小于5元）,不需要外界刺激有利于保证生物活性,便于携带和制造（体积小,不容易损坏）,因此,具有较好的应用前景。本文讨论了非对称结构中液滴自驱动原理及其操控方法,利用非对称结构成功实现了在三维层面上的液滴操作。在研究过程中,本文提出了基于“弦长分析”的接触角分析方法,发现接触角变化率是能实现开合辅助驱动的原因;提出了基于双向可控毛细管力的新型液滴控制方法,实现了低成本的液滴控制,为液滴操作的研究打开了新的思路,对进一步深入研究和设计基于液滴的控制技术具有启发和指导意义。
汤磊[9]（2020）在《特殊润湿性表面的制备及其自清洁、油水分离性能研究》文中提出特殊润湿性表面在自清洁和油水分离领域受到了越来越多的关注和研究。除了水和固体污染物以外,对于油污类污染物的自清洁性能也是一个重要的方面,超亲水-水下超疏油表面的自清洁性能只能通过提前润湿或者在水下使用实现,而在空气中被油污污染后的自清洁性能等有助于我们提高对自清洁过程的理解;传统的吸油材料的后处理过程很难实现材料的完全再生,容易造成二次污染,通过一种简单易行的方法制备能够实现吸油-脱油过程的可再生的吸油材料具有巨大的现实和经济意义;超双疏表面是最理想的自清洁材料,但其对结构和成分的要求很高,如何用一种简单的方法制备超双疏材料是一个亟待解决的问题。基于这三个出发点,作者制备了三种不同的特殊润湿性表面,测试并深入分析了其独特的自清洁和油水分离性能,本文完成的主要工作如下:用多种不同种类的单体,通过简单的一步光引发自由基聚合法制备了多种包含不同成分（包括离子型涂层、非离子型亲水涂层以及非离子型疏水涂层）和结构（光滑和粗糙）表面,主要研究了当表面在空气中干燥状态下被油污染后再放入水中时的自清洁脱油性能差异和原因,并研究了其独特的自清洁脱油过程和机理,结果表明涂层的润湿性是影响其自清洁脱油性能的最主要因素。离子型涂层表面的脱油效果相对最好且以阴离子涂层为最佳。基团和水分子产生强烈的相互作用形成的水膜会导致油分子会从四周开始向中心逐渐脱附,随后变形成液滴并最终脱离。但粗糙表面的形貌会形成机械屏障而使油分子困于其中难以运动。该表面同时具有优异的防雾、油水分离性能和稳定性。通过一步浸渍法将羧基和烷基以一定比例修饰后的纳米SiO2粒子自组装在砂纸基底上制备了 pH响应性粗糙表面,研究了其pH响应性的形成原理和影响因素,并探究了其在不同状态下的自清洁性能和影响因素进行理论分析,结果表明合适的成分是获得最佳响应性的关键,通过质子化/去质子化过程,表面在羧基比例XCOOH=0.4时能够实现酸性环境下超疏水超亲油到碱性环境下超亲水水下超疏油之间的转变。超亲水状态下的表面可以实现自清洁脱油效果,但与光滑表面不同,其呈现出一个分段“拔丝”式的过程,表现为收缩-变形-上浮-断裂的脱油形式,其原因可能是油滴能在表面形成暂时的固-气-油三相界面,而脱附过程中表面微结构对油分子具有物理限制作用,因此脱油效果受到表面结构和粗糙度的影响。该方法亦可以实现在两种润湿性状态下的选择性油水分离性能。通过同样的浸渍法将pH响应性的SiO2粒子沉积到3D吸附材料上制备了pH响应性的三聚氰胺海绵,分析了其化学成分以及表面结构,重点研究了海绵对于不同pH值的水滴以及不同pH溶液中的油滴的不同润湿性及其形成原因,并实现了海绵在酸性溶液中吸油而后在碱性溶液中将油释放的大体量油水分离过程以及海绵的后处理,结果表明纳米颗粒沉积在海绵骨架表面可以形成一种紧密堆积排列的结构,同时提高材料的表面粗糙度。海绵的吸油量受到其不同表面润湿性的影响。pH响应性的海绵在酸性以及中性溶液中呈现出超疏水超亲油状态,可以实现对水中的油相的吸附,而在碱性溶液中会逐渐转变为超亲水-水下超疏油状态,可以在缓慢将油释放,实现材料的再生。该过程受到海绵的体积大小的影响,体积越小则脱油速率越快。在真空泵的帮助下,通过一个简易的自制装置可以实现大体量的连续油水分离过程及再生过程。通过硅藻土微粒和St（?）ber法制备的纳米SiO2颗粒相结合形成微纳米复合颗粒,再通过氟硅烷修饰得到了超双疏颗粒,最后通过简单的沉积法制备了超双疏表面,同样从成分和结构的角度分析其超双疏性能,并在此基础上实现了对多种污染物的自清洁性能。与此同时,超双疏颗粒还表现出一些独特的物理现象。结果表明颗粒之间的巨大空隙能够保存大量的空气,这个气垫层的存在是导致其超双疏性的最主要原因。超双疏表面的稳定性很好,能在各种不同的环境下保持其超双疏性能。超双疏表面由于对液滴的抗润湿性以及极小的粘附力,对水、油和固体污染物都能表现出优异的自清洁性能。超双疏颗粒本身可以观察到很多独特的物理现象,如镜面反射现象、液体弹球现象以及纳米粒子垫现象。
杨耀林[10]（2020）在《液滴撞击微柱阵列形貌表面动态特性的实验与数值模拟研究》文中提出液滴撞击形貌表面在机械、化工、农业、生物医学和航空等众多领域具有广泛的应用。形貌表面上微尺度结构对液滴撞击时的铺展面积与接触时间均有明显影响,研究不同微结构形貌表面上液滴撞击动态特性在实际应用中具有重要价值。本文在硅基光滑表面上制作了不同柱间距的微柱阵列表面,并测试比较了光滑表面与微柱阵列表面上液滴撞击的动态行为特征。同时,借助COMSOL Multiphysics软件对液滴撞击微柱阵列表面开展了二维数值模拟研究,系统研究了微柱阵列表面上微柱间距、微柱侧壁倾角、微柱宽度、微柱高度对液滴撞击铺展因子、接触时间以及钉扎极值的影响规律。主要工作和结论如下:（1）使用溶剂蚀刻法在硅基光滑表面上定向刻蚀加工了微柱间距分别约为500和200 nm的微圆柱阵列表面,两表面上微柱直径均约为1μm,微柱高度均约为12μm。在两种不同微柱间距的微柱阵列表面上使用FAS涂层后,上述表面均呈现出超疏水状态。（2）借助高速相机记录了韦伯数（We）在1.4173.1范围内液滴撞击各表面的动态演化行为。整个实验过程中光滑硅表面上液滴表现为粘附与部分回弹,而微柱阵列表面上液滴则能够完全回弹或者发生破碎。此外,液滴在撞击微柱阵列表面的完全回弹过程中伴随有顶部断裂现象。实验结果显示,在具有更大微柱间距的微柱阵列表面上液滴撞击时的飞溅以及破碎现象都更弱。通过分析两种微柱阵列表面上液滴撞击接触时间发现,微柱阵列表面上的液滴钉扎效应能有效降低接触时间。（3）开展了液滴撞击不同微柱间距（2060μm）微柱阵列表面数值模拟研究。模拟中采用了水平集法多相流计算模型,引入了Kistle-Blake混合动态接触角计算模型,并对模拟计算结果可靠性进行了验证。计算结果中分析了不同表面上的液滴撞击铺展因子、接触时间以及钉扎极值,在回缩阶段液滴铺展因子随着微柱间距的增加而减小;液滴接触时间随着微柱间距的增大而减少;液滴钉扎极值与微柱间距以及液滴We大小呈正相关性。最后计算结果表明,液滴撞击微柱阵列表面引起的钉扎效应在产生向上惯性驱动效果的同时也将增加液滴粘性耗散,对液滴撞击接触时间的影响具有正反两方面的作用。（4）系统开展了不同微柱侧壁倾角（70110°）、微柱宽度（3050μm）和微柱高度（2040μm）下微柱阵列表面上液滴撞击数值模拟研究。模拟结果显示,在相同微柱间距与表面润湿性下适当增大微柱宽度或减小微柱高度均能有效促进液滴铺展,但是当微柱宽度过大时将使液滴粘性耗散的增加从而使液滴撞击铺展因子相对减小。液滴接触时间随着微柱侧壁倾角的增大而减小,此外随着微柱高度增加微柱间隙中空气涡流对液滴的托举作用增强,进而导致液滴接触时间随着微柱阵列表面上微柱高度的增加而减小。
二、接触角滞后现象的理论分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、接触角滞后现象的理论分析（论文提纲范文）
（1）Cassie润湿模式下超疏水翅片的结霜/融霜特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 结霜过程的研究现状 |
| 1.2.2 除霜方法的研究现状 |
| 1.2.3 抑霜技术的研究现状 |
| 1.3 本课题的主要研究内容 |
| 第2章 超疏水翅片的制备及可视化平台的构建 |
| 2.1 超疏水表面的润湿及表征理论 |
| 2.1.1 接触角与Young氏方程 |
| 2.1.2 Wenzel和Cassie润湿模型 |
| 2.1.3 接触角滞后 |
| 2.1.4 Wenzel和Cassie模型的转变 |
| 2.2 结霜/融霜可视化实验系统 |
| 2.2.1 冷台系统 |
| 2.2.2 参数测量系统 |
| 2.3 翅片的制备与表征 |
| 2.3.1 翅片的制备 |
| 2.3.2 翅片表面特性的表征 |
| 2.4 实验步骤及误差分析 |
| 2.4.1 实验步骤 |
| 2.4.2 误差分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 不同润湿模式下超疏水翅片结霜特性的实验研究 |
| 3.1 结霜初期液滴凝结过程的实验研究 |
| 3.2 凝结液滴冻结结霜过程的实验研究 |
| 3.3 结霜初期凝液滴冻结传递特性研究 |
| 3.3.1 霜晶的横向扩散 |
| 3.3.2 霜晶横向扩散的影响因素 |
| 3.3.3 凝结液滴的冻结传递模式 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 Cassie润湿模式下超疏水翅片抑霜机理的理论研究 |
| 4.1 结霜初期凝结液滴生长过程的理论研究 |
| 4.1.1 翅片表面微结构对凝结液滴传热过程的影响 |
| 4.1.2 翅片表面微结构对凝结液滴生长过程的影响 |
| 4.2 Cassie润湿模式下超疏水翅片凝结液滴合并自弹跳的理论研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 不同润湿模式下超疏水翅片融霜特性实验与理论研究 |
| 5.1 超疏水翅片表面宏观融霜过程对比 |
| 5.2 超疏水翅片表面微观融霜运动行为特性 |
| 5.3 Cassie润湿模式下超疏水翅片表面融霜过程的理论研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（2）电场下超疏水表面微液滴的摩擦和黏附行为研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 基于介质上电润湿的数字微流体控制系统 |
| 1.2.2 基于介质上电润湿技术在光学方面的应用 |
| 1.3 课题来源 |
| 1.4 研究方案和内容 |
| 2 理论基础 |
| 2.1 表界面物理化学理论 |
| 2.1.1 表面与界面 |
| 2.1.2 表面张力与表面能 |
| 2.1.3 表面润湿性 |
| 2.1.4 静态接触角模型 |
| 2.2 介质上电润湿相关理论 |
| 2.2.1 Young-Lippman方程 |
| 2.2.2 接触角饱和 |
| 2.2.3 接触角滞后 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 实验材料和仪器 |
| 3.1 实验材料和样品制备 |
| 3.2 实验设备及仪器 |
| 3.2.1 接触角测量仪和纳米压/划痕仪 |
| 3.2.2 奥林巴斯显微镜和白光干涉三维轮廓仪 |
| 3.2.3 可编程直流电源和交流电源 |
| 3.2.4 运动控制器和电动位移平台 |
| 3.2.5 高速摄像机 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 直流电压下微液滴在超疏水表面的摩擦行为研究 |
| 4.1 实验方法 |
| 4.1.1 电场下微液滴润湿行为的测量方法 |
| 4.1.2 电场下固液界面摩擦力的测量方法 |
| 4.2 实验结果 |
| 4.2.1 电场下微液滴润湿结果 |
| 4.2.2 电场下固液界面摩擦力的测量结果 |
| 4.3 实验讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 直流电压下微液滴在超疏水表面的黏附行为研究 |
| 5.1 实验方法 |
| 5.2 实验结果 |
| 5.3 实验讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果 |
（3）柔性跨尺度水雾收集器件及其集水保水效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与研究意义 |
| 1.2 受自然界生物启发的微流体操控机理 |
| 1.2.1 纳米布沙漠甲虫外壳启发的微滴汇聚 |
| 1.2.2 仙人掌尖刺启发的微滴定向运输 |
| 1.2.3 瓶子草纤毛启发的超快微滴运动 |
| 1.2.4 多种多样的由生物启发的微流控机理 |
| 1.3 润湿性相关的理论基础 |
| 1.3.1 理想状态下的静态润湿性 |
| 1.3.2 非理想状态下的静态润湿性 |
| 1.3.3 液体运动中的粘附性 |
| 1.4 研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 2 飞秒激光直写技术构建具备跨尺度结构的微流控设备 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 常规微纳米结构加工方法分析 |
| 2.2.1 化学方法加工微纳米尺度结构 |
| 2.2.2 物理方法加工微纳米尺度结构 |
| 2.3 飞秒激光直写精密加工技术 |
| 2.3.1 激光直写技术在微结构加工中的特点 |
| 2.3.2 飞秒激光加工平台构建 |
| 2.4 飞秒激光对不同物质的相互作用 |
| 2.4.1 飞秒激光对金属材料的加工现象 |
| 2.4.2 飞秒激光对非金属材料的加工现象 |
| 2.5 飞秒激光直写制备柔性微流控界面 |
| 2.5.1 材料选取 |
| 2.5.2 多尺度结构制备的工艺流程 |
| 2.5.3 飞秒激光构建多级微沟槽结构 |
| 2.5.4 飞秒激光对铝板的精确切割 |
| 2.6 实验设备及表征设备 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 跨尺度多级微结构驱动的水雾收集微刺 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 水雾收集微刺的结构设计 |
| 3.2.2 水雾收集实验 |
| 3.2.3 定向运输实验 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 水雾收集微刺的水雾收集性能 |
| 3.3.2 水雾收集微刺的定向运输性能 |
| 3.3.3 水雾收集微刺的集雾机理分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 具有保水功能的柔性水雾收集装置 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 常用的保水策略 |
| 4.2.1 薄膜保水 |
| 4.2.2 药物保水 |
| 4.3 荻草叶鞘的保水特性研究 |
| 4.3.1 荻草叶鞘的形貌特点 |
| 4.3.2 荻草叶鞘的保水实验 |
| 4.4 受荻草叶鞘结构启发的冠状水雾收集装置 |
| 4.4.1 样品制备 |
| 4.4.2 水雾收集装置的形貌参数 |
| 4.5 冠状水雾收集装置的微流控机理分析 |
| 4.6 冠状水雾收集装置的抗蒸发机理分析 |
| 4.6.1 表面微沟槽的抗蒸发机理 |
| 4.6.2 水平环状结构的抗蒸发机理 |
| 4.7 仿荻草水雾收集装置的实际应用性能 |
| 4.7.1 多装置组合在模拟自然环境中的水雾收集性能 |
| 4.7.2 多装置组合在实际植物灌溉中的集水保水性能 |
| 4.8 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 1 发表的学术论文 |
| 2 申请的发明专利 |
| 3 参加的学术会议 |
| 4 获得的个人奖项 |
（4）光滑注液多孔薄膜液滴三维操控研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 电润湿研究现状 |
| 1.2 电润湿相关应用 |
| 1.3 数字微流控技术的研究现状 |
| 1.4 数字微流控技术的应用 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 1.6 本文的创新点 |
| 第二章 EWOD数字微流控的理论基础 |
| 2.1 润湿效应与表面张力 |
| 2.1.1 润湿效应 |
| 2.1.2 表面张力 |
| 2.2 介电润湿效应 |
| 2.2.1 介电润湿 |
| 2.2.2 基本定理的推导 |
| 2.2.3 介电润湿存在的问题 |
| 2.3 非对称电润湿 |
| 2.3.1 非对称电润湿现象 |
| 2.3.2 非对称电润湿机理 |
| 2.4 数字微流控理论 |
| 2.4.1 微液滴两种操控模型 |
| 2.4.2 微液滴四种基本操控 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 空气相中液滴的二维操控 |
| 3.1 光滑注液多孔表面的制备 |
| 3.2 改性SLIPS上的非对称电润湿 |
| 3.3 液滴连续控制系统的设计加工 |
| 3.3.1 液滴操控的可行性分析 |
| 3.3.2 单平面开放电极板设计加工 |
| 3.3.3 液滴控制系统的设计 |
| 3.4 液滴的二维操控 |
| 3.4.1 硅油粘度对液滴速度的影响 |
| 3.4.2 垂直放置时间对液滴速度的影响 |
| 3.4.3 改性SLIPS上的单液滴操控 |
| 3.4.4 改性SLIPS上的多液滴操控 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 平行注液膜板结构中液滴跳跃及三维操控研究 |
| 4.1 实验背景介绍 |
| 4.2 平行注液膜板结构的制备 |
| 4.3 不同环境下液滴的润湿性能研究 |
| 4.3.1 液滴在空气相中的润湿性能研究 |
| 4.3.2 液滴在油相中的润湿性能研究 |
| 4.4 氟硅烷浓度对液滴垂直传输的影响 |
| 4.5 液滴在平行注液膜板间的垂直传输 |
| 4.5.1 理论分析 |
| 4.5.2 液滴的动态传输行为 |
| 4.5.3 液滴在不同电压下的垂直传输 |
| 4.5.4 液滴垂直起升的电压工作区间 |
| 4.6 液滴三维操控 |
| 4.6.1 实验设计 |
| 4.6.2 单液滴三维操控 |
| 4.6.3 多液滴三维操控 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 结论 |
| 5.1 主要结论 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间的研究成果 |
| 致谢 |
（5）毛细水运动模型中关键参数的试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 毛细作用的研究现状及应用 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 现有研究的不足 |
| 1.4 主要研究内容与方法 |
| 1.5 技术路线 |
| 第二章 毛细作用基本概念 |
| 2.1 接触角 |
| 2.1.1 接触角的定义 |
| 2.1.2 接触角的意义 |
| 2.1.3 接触角的影响因素 |
| 2.1.4 杨氏方程 |
| 2.1.5 接触角滞后现象与影响因素 |
| 2.1.6 接触角的测量方法 |
| 2.2 表面张力 |
| 2.2.1 基本概念 |
| 2.2.2 表面张力的影响因素 |
| 2.2.3 液体表面张力的测量方法 |
| 2.3 Young-Laplace方程 |
| 2.4 毛细管中液体高度的Jurin准则 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 平面固体材料接触角的测量 |
| 3.1 水平固体表面上液滴形状的分析与讨论 |
| 3.2 液滴大小对测高法测接触角的影响 |
| 3.2.1 试验目的 |
| 3.2.2 试验器材简介 |
| 3.2.3 试验步骤 |
| 3.2.4 试验结果的处理与分析 |
| 3.3 液滴的挥发对测高法测接触角的影响 |
| 3.3.1 试验目的 |
| 3.3.2 试验器材简介 |
| 3.3.3 试验步骤 |
| 3.3.4 试验结果的处理与分析 |
| 3.4 固体表面的干湿程度对接触角的影响 |
| 3.4.1 试验目的 |
| 3.4.2 试验器材简介 |
| 3.4.3 试验步骤 |
| 3.4.4 试验结果的处理与分析 |
| 3.5 液滴大小对滚动角大小的影响 |
| 3.5.1 滚动角的定义 |
| 3.5.2 试验目的 |
| 3.5.3 试验器材简介 |
| 3.5.4 试验步骤 |
| 3.5.5 试验结果的处理与分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 毛细管中接触角及表面张力测量 |
| 4.1 有关毛细管毛细水运动模型的理论分析 |
| 4.2 毛细管中接触角的直接测量方法 |
| 4.3 液体表面张力系数的测量 |
| 4.3.1 试验目的 |
| 4.3.2 试验器材简介 |
| 4.3.3 试验步骤 |
| 4.4 毛细管毛细水上升试验 |
| 4.4.1 试验目的 |
| 4.4.2 试验器材简介 |
| 4.4.3 试验步骤 |
| 4.4.4 试验结果的处理与分析 |
| 4.5 接触角大小对Jurin准则计算结果的影响 |
| 4.6 有关毛细管法测液体表面张力系数的分析与讨论 |
| 4.6.1 接触角的大小对测量结果的影响 |
| 4.6.2 对毛细管法测液体表面张力系数的讨论 |
| 4.7 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 结论 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（6）马兰戈尼流动下颗粒悬浮液的液滴蒸发沉积形态研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 由液滴蒸发现象到咖啡环效应 |
| 1.1.1 液滴蒸发研究的发展历程 |
| 1.1.2 影响沉积形态的内部因素 |
| 1.1.3 影响沉积形态的外部条件 |
| 1.2 目前对咖啡环效应的主要研究方向 |
| 1.2.1 实验研究方向——改变各种条件控制沉积形态 |
| 1.2.2 技术应用方向——咖啡环效应的诸多应用 |
| 1.3 咖啡环效应的技术应用 |
| 1.3.1 生物技术应用 |
| 1.3.2 微电路制备的应用 |
| 1.3.3 其它应用 |
| 1.4 本课题的目的与主要研究内容 |
| 1.4.1 研究本课题的目的意义 |
| 1.4.2 本课题的主要研究内容 |
| 第二章 液滴表面张力与马兰戈尼流动的分析 |
| 2.1 液滴的表面张力与接触角 |
| 2.1.1 液滴表面张力的定义与计算式的推导 |
| 2.1.2 影响液滴表面张力的主要因素 |
| 2.1.3 润湿现象、接触角与Young方程 |
| 2.2 表面活性剂与马兰戈尼流动 |
| 2.2.1 表面活性剂的基本性质 |
| 2.2.2 临界胶束浓度对表面活性剂的影响 |
| 2.2.3 表面张力作用影响下的马兰戈尼流动 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 液滴蒸发流场情况与数值模拟分析 |
| 3.1 液滴蒸发通量及蒸发模式的转变 |
| 3.1.1 液滴蒸发通量的表示 |
| 3.1.2 恒接触角蒸发模式 |
| 3.1.3 恒接触半径(恒接触面积)蒸发模式 |
| 3.1.4 两种蒸发模式的转变 |
| 3.2 液滴蒸发流场模型 |
| 3.3 液滴蒸发流场的数值模拟 |
| 3.3.1 液滴蒸发所致的毛细流动流场 |
| 3.3.2 液滴内部的马兰戈尼流动 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 液滴蒸发的实验研究及实验结果分析 |
| 4.1 实验材料及实验设备 |
| 4.1.1 实验材料准备 |
| 4.1.2 实验设备及环境 |
| 4.1.3 实验结果的处理 |
| 4.2 液滴接触角实验分析 |
| 4.3 液滴滴落扩散分析 |
| 4.3.1 液滴的铺展率 |
| 4.3.2 不添加SDS时液滴的铺展情况 |
| 4.3.3 添加SDS时液滴的铺展情况 |
| 4.4 表面活性剂对沉积形态的影响 |
| 4.4.1 咖啡环的环宽 |
| 4.4.2 环形颗粒面积占比值 |
| 4.5 实验误差分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 读硕士学位期间取得的科研成果 |
（7）纳米尺度下受限水的粘附、剪切及输运（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 纳米受限水的研究进展 |
| 1.2.1 纳米受限水的定义 |
| 1.2.2 纳米受限水的粘附 |
| 1.2.3 纳米受限水的剪切 |
| 1.2.4 纳米受限水的输运 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 第二章 研究方法和理论 |
| 2.1 分子动力学模拟 |
| 2.1.1 分子动力学模拟介绍 |
| 2.1.2 术语介绍和基本步骤 |
| 2.1.3 优势和局限性 |
| 2.1.4 水模型 |
| 2.2 纳米尺度下的分子间作用力 |
| 2.2.1 范德华力 |
| 2.2.2 毛细力 |
| 2.3 分子动理论 |
| 2.3.1 理论框架 |
| 2.3.2 局限性 |
| 2.4 受限水的结构及输运 |
| 2.4.1 径向分布函数(Radial Distuibution Function,RDF) |
| 2.4.2 均方位移(MSD)以及扩散系数 |
| 2.4.3 压强的计算 |
| 2.4.4 平均力位能(Potential of mean force,PMF)、伞形抽样、WHAM方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 湿润条件下纳米线与基底之间的剥离行为研究 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 液桥曲面 |
| 3.3 结果和讨论 |
| 3.3.1 热力学平衡状态 |
| 3.3.2 热力学非平衡状态 |
| 3.3.3 范德华力和毛细作用力 |
| 3.3.4 无预应力的剥离行为 |
| 3.3.5 考虑预应力的剥离行为 |
| 3.3.6 广义的剥离模型 |
| 3.3.7 讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 石墨烯膜间液桥剪切中的移动接触线问题 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 建模及计算方法 |
| 4.2.1 理论模型的建立 |
| 4.2.2 分子动力学模拟 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.3.1 块体水与界面水区域的确定 |
| 4.3.2 改进MKT理论的MD验证 |
| 4.3.3 固液作用强度以及石墨烯膜移动速度的影响 |
| 4.3.4 三维液桥对石墨烯膜的剪切力 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 多层石墨烯孔中受限水的结构及输运研究 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 建模及计算方法 |
| 5.3 结果和讨论 |
| 5.3.1 受限水结构 |
| 5.3.2 受限水动力学机理分析 |
| 5.3.3 流量和流量加强因子 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 本文工作创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 :作者在攻读博士学位期间发表的论文 |
（8）非对称结构中液滴自驱动原理及其操控方法（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.2 液滴操作技术国内外研究现状 |
| 1.2.1 液滴主动驱动方式研究现状 |
| 1.2.2 液滴自驱动方式研究现状 |
| 1.3 基于非对称结构液滴自驱动分析及应用 |
| 1.4 开合辅助液滴自驱动方法的介绍及应用 |
| 1.5 研究现状的总结 |
| 1.6 本文的研究内容 |
| 第2章 非对称结构中液滴自驱动机理研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 液滴在结构中的受力分析 |
| 2.2.1 作用在单位液体上的力 |
| 2.2.2 不可压缩流体的纳维—斯托克斯方程(N-S)方程 |
| 2.2.3 杨氏方程及固、液、气三相接触线力介绍 |
| 2.2.4 接触角滞后现象 |
| 2.3 不平行板内液滴自驱动的分析 |
| 2.3.1 不平行板内液滴自驱动的条件分析 |
| 2.3.2 疏水不平行板中液滴双向驱动的影响因素分析 |
| 2.4 单双板过渡区液滴自驱动的分析 |
| 2.4.1 Surface Evolver仿真软件优化 |
| 2.4.2 液滴在单双板间的受力分析 |
| 2.4.3 液滴在单双板间自驱动过程及影响因素研究 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于自驱动的液滴操作机理研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 用于分析液滴驱动过程的接触角分析方法 |
| 3.3 不平行板中开合辅助液滴驱动过程、机理及效率分析 |
| 3.3.1 不平行板中开合辅助液滴驱动过程分析 |
| 3.3.2 不平行板中开合辅助液滴驱动原理分析 |
| 3.3.3 不平行板中开合辅助液滴驱动效率分析 |
| 3.4 单双板过渡区开合辅助液滴驱动过程、机理及效率分析 |
| 3.4.1 单双板过渡区开合辅助液滴驱动过程分析 |
| 3.4.2 单双板过渡区开合辅助液滴驱动原理分析 |
| 3.4.3 单双板过渡区开合辅助液滴驱动效率分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于自驱动的液滴操作方法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 不平行板中开合辅助液滴自驱动的参数分析 |
| 4.2.1 不平行板表面性质的参数分析 |
| 4.2.2 不平行板结构及控制的参数分析 |
| 4.3 单双板过渡区中开合辅助的液滴自驱动的参数分析 |
| 4.3.1 单双板过渡区结构表面性质的参数分析 |
| 4.3.2 单双板间液滴驱动控制及结构的参数分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 非对称结构中液滴操作实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 单双板过渡区通过开合辅助驱动液滴的实验 |
| 5.2.1 实验平台的搭建 |
| 5.2.2 单双板过渡区液滴操控实验及讨论 |
| 5.3 利用不平行板自驱动原理的“液滴镊子”的操作实验 |
| 5.3.1 关于液滴镊子的结构及受力分析 |
| 5.3.2 实验平台的搭建 |
| 5.3.3 液滴转移过程及实现条件 |
| 5.3.4 优化后整个过程的实现及讨论 |
| 5.3.5 一体化液滴镊子的设计及实验 |
| 5.3.6 利用一体化的镊子的生物应用 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结与创新 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间本人出版或公开发表的论着、论文 |
| 致谢 |
（9）特殊润湿性表面的制备及其自清洁、油水分离性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 表面浸润性理论基础 |
| 1.2.1 表面张力和表面能 |
| 1.2.2 理想光滑表面的接触角 |
| 1.2.3 粗糙表面的接触角 |
| 1.2.4 接触角滞后现象 |
| 1.3 特殊润湿性表面的分类及其制备方法 |
| 1.3.1 超疏水表面的定义及其常用制备方法简介 |
| 1.3.2 超亲水表面的定义及其常用制备方法简介 |
| 1.3.3 超双疏表面的定义及其常用制备方法简介 |
| 1.3.4 超亲水超疏油表面的定义及其常用制备方法简介 |
| 1.3.5 智能响应性表面及其制备方法 |
| 1.4 特殊润湿性表面的应用 |
| 1.4.1 在油水分离中的应用 |
| 1.4.2 在自清洁中的应用 |
| 1.4.3 其它领域中的应用 |
| 1.5 本文的研究背景和研究内容 |
| 1.5.1 研究背景 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 第2章 成分和结构对超亲水表面自清洁脱油性能的影响研究 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 主要实验材料和实验仪器 |
| 2.2.2 实验过程 |
| 2.2.3 分析与测试 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 所有涂层表面的元素及基团成分分析 |
| 2.3.2 成分对涂层表面自清洁脱油性能的影响 |
| 2.3.3 涂层对水的润湿性 |
| 2.3.4 涂层对油的润湿性 |
| 2.3.5 结构对涂层表面自清洁脱油性能的影响 |
| 2.3.6 超亲水-水下超疏油涂层的自清洁、油水分离以及防雾性能 |
| 2.3.7 超亲水-水下超疏油涂层的稳定性和普适性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 pH响应性表面的自清洁脱油和选择性油水分离性能研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 主要实验材料和实验仪器 |
| 3.2.2 实验过程 |
| 3.2.3 分析与测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 改性二氧化硅表面的元素及成分分析 |
| 3.3.2 颗粒自组装表面的形貌分析 |
| 3.3.3 表面的润湿性及pH响应性测试与分析 |
| 3.3.4 pH响应性表面的静态自清洁脱油性能 |
| 3.3.5 pH响应性表面的动态自清洁脱油性能 |
| 3.3.6 表面结构对自清洁脱油性能的影响 |
| 3.3.7 pH响应性表面的选择性油水分离性能 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 pH响应性海绵的制备及其吸油-脱油性能研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 主要实验材料和实验仪器 |
| 4.2.2 实验过程 |
| 4.2.3 分析与测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 纳米SiO_2粒子表面的成分分析 |
| 4.3.2 pH响应性海绵的形貌及其表面粗糙度 |
| 4.3.3 pH响应性海绵的润湿性 |
| 4.3.4 pH响应性海绵的吸油性能 |
| 4.3.5 pH响应性海绵的吸油-脱油过程 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 超双疏表面的制备及其自清洁性能研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 主要实验材料 |
| 5.2.2 实验过程 |
| 5.2.3 分析与测试 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 超双疏表面的制备及其润湿性表征 |
| 5.3.2 超双疏表面的成分以及形貌分析 |
| 5.3.3 超双疏表面的粘附性测试 |
| 5.3.4 超双疏表面的稳定性测试 |
| 5.3.5 超双疏表面的自清洁性能测试 |
| 5.3.6 超双疏颗粒的独特物理现象 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果 |
（10）液滴撞击微柱阵列形貌表面动态特性的实验与数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 基本概念 |
| 1.3 国内外液滴撞击形貌表面研究现状 |
| 1.3.1 液滴撞击形貌表面实验研究进展 |
| 1.3.2 液滴撞击形貌表面模拟研究现状 |
| 1.4 本文研究方法与主要内容 |
| 第二章 微柱阵列表面加工与实验系统 |
| 2.1 硅基微柱阵列表面加工 |
| 2.2 接触角测量 |
| 2.3 液滴撞击表面实验系统 |
| 2.4 实验流程与误差分析 |
| 2.4.1 实验流程 |
| 2.4.2 误差分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 液滴撞击微柱阵列表面动态特性实验研究 |
| 3.1 不同We下液滴撞击动态行为 |
| 3.1.1 低We下的液滴撞击动态行为 |
| 3.1.2 中等We下的液滴撞击动态行为 |
| 3.1.3 高We下的液滴撞击动态行为 |
| 3.2 铺展因子 |
| 3.3 接触时间 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 微柱阵列表面液滴撞击模拟研究 |
| 4.1 水平集法多相流计算模型 |
| 4.2 动态接触角计算模型 |
| 4.2.1 Kistle模型 |
| 4.2.2 Blake模型 |
| 4.2.3 K-B混合模型 |
| 4.3 几何模型与边界条件设置 |
| 4.3.1 几何模型 |
| 4.3.2 计算网格划分与网格无关性检查 |
| 4.3.3 边界条件 |
| 4.4 模拟结果与分析 |
| 4.4.1 模型可靠性验证 |
| 4.4.2 液滴撞击动态行为 |
| 4.4.3 铺展因子 |
| 4.4.4 钉扎极值 |
| 4.4.5 接触时间 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 不同微柱结构表面上液滴撞击模拟研究 |
| 5.1 微柱阵列表面几何建模 |
| 5.1.1 微柱侧壁倾角影响 |
| 5.1.2 微柱宽度影响 |
| 5.1.3 微柱高度影响 |
| 5.2 计算结果与分析 |
| 5.2.1 铺展因子 |
| 5.2.2 接触时间 |
| 5.2.3 钉扎极值 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 对今后工作的展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
四、接触角滞后现象的理论分析（论文参考文献）
- [1]Cassie润湿模式下超疏水翅片的结霜/融霜特性研究[D]. 周玉玲. 扬州大学, 2021
- [2]电场下超疏水表面微液滴的摩擦和黏附行为研究[D]. 汤程. 西南科技大学, 2021
- [3]柔性跨尺度水雾收集器件及其集水保水效应研究[D]. 唐晓轩. 西南科技大学, 2021(08)
- [4]光滑注液多孔薄膜液滴三维操控研究[D]. 张建锋. 兰州大学, 2021(09)
- [5]毛细水运动模型中关键参数的试验研究[D]. 赵庄. 长安大学, 2021
- [6]马兰戈尼流动下颗粒悬浮液的液滴蒸发沉积形态研究[D]. 史杰. 昆明理工大学, 2021(01)
- [7]纳米尺度下受限水的粘附、剪切及输运[D]. 潘俊超. 江南大学, 2020
- [8]非对称结构中液滴自驱动原理及其操控方法[D]. 卞雄恒. 苏州大学, 2020(06)
- [9]特殊润湿性表面的制备及其自清洁、油水分离性能研究[D]. 汤磊. 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所), 2020(02)
- [10]液滴撞击微柱阵列形貌表面动态特性的实验与数值模拟研究[D]. 杨耀林. 江苏大学, 2020(02)