接触角滞后现象的理论分析

通过引入“滞后阻力”的概念,分别用力学方法和热力学方法导出固体表面上液滴平衡时接触角应满足的条件;定性地给出了表面湿润性和前进接触角与后退接触角同表面粗糙度的关系,分析了前进接触角和后退接触角的物理意义;由此给出了接触角滞后现象的一种合理解释．本的研究为汽液相变传热过程中的沸腾核化、临界热负荷、最小热流密度、珠状凝结等现象的深刻认识,开拓了新的思路,传统研究中对粗糙度影响的复杂定量化测量描述也可转化为用接触角单一参数表征和描述的简化方法．因此本的认识对研究沸腾和凝结传热有重要的现实意义．     

接触角测试技术及粗糙表面上接触角的滞后性Ⅰ:接触角测试技术

接触角是表面物理化学中的重要参数之一。接触角测试已成为表面探测的重要技术手段,通过接触角测试可得到固液、固气界面分子相互作用的许多重要信息,诸如表面湿润性、固液界面张力、表面粗糙度、化学多相性等。本详细回顾接触角测试技术的发展历程,分析其特点,以此探讨新的实验技术。     

水和乙二醇在特氟龙表面的本征接触角测量

开发了一种通过对基板施加超声振动实现对液滴本征接触角测量的新方法.通过此方法发现无论液滴是否润湿基板,当对基板施加超声振动时前进接触角显著减少,停止超声振动时接触角迅速增加.使用超声振动之前获得的前进接触角和停止超声后获得的后退接触角的值来推测液滴的本征接触角,测得水在特氟龙表面的本征接触角为(96±2)°,乙二醇在特氟龙板上的本征接触角为(75±1)°.     

激光加工凹坑织构对赛龙表面润湿性的影响

为探究凹坑织构对表面润湿性的影响以及表面形貌与润湿性之间的关系,提高水润滑轴承材料表面的润湿性,以赛龙材料为研究对象,使用激光雕刻机在试样表面加工不同凹坑织构.使用接触角测量仪测量表面接触角,运用三维形貌仪和扫描电子显微镜对加工后表面形貌分别进行宏观和微观的测量及表征.选取ISO25178中部分三维参数分析表面形貌与润湿性之间的关系.建立凹坑织构几何模型,基于过渡理论分析凹坑形貌变化对表面接触角的影响机理.研究结果表明:合适的织构设计可以有效提高表面润湿性,减小接触角;织构直径和深度越大,材料表面的接触角越小;ISO25178三维参数体系中峭度、偏斜度与表面润湿性之间有较强的关联性,峭度越小,偏斜度越大,表面润湿性越好;表面接触角余弦值与粗糙度率的变化趋势一致,接触角随粗糙度率增加而降低;通过过渡模型建立了织构参数和接触角之间的函数方程,并通过拟合法对其进行了优化.     

微波等离子体处理对竹材表面接触角的影响

采用微波等离子体(MWP)对竹材进行了表面处理,测定了处理前后甘油和脲醛树脂胶在其表面的接触角,以此评价竹材表面改性的效果.结果表明:随MWP处理时间延长和试件距反应腔距离减小,竹材表面接触角呈降低趋势;竹材试件距反应腔距离40mm时,用甘油作测试液体在接触15 s时测试,MWP处理30 s即可将竹材表面接触角降低49%～59%;甘油所测竹材表面接触角较脲醛树脂胶所测值低,测试液滴到样品上15 s所测竹材表面接触角较5 s时低;在经等离子体处理后,砂光与否对竹材的表面性能影响不大,砂光后再经等离子体处理,比直接进行等离子体所得到的改性效果稍好.     

基于晶格Boltzmann方法的接触角实时测量研究

接触角在表面湿润、毛细现象和移动接触线等问题中是基本的特征量。虽然数值计算中已经可以有效地模拟接触角现象,但是在动态模拟中,接触角还不能被实时地精确测量。基于化学势晶格Boltzmann方法,本文设计一种几何的方法实时测量接触角。当忽略重力的影响时,该方法计算结果与球冠模型的理论预期保持一致,而且不受液滴大小的影响;当考虑重力影响时,虽然液滴呈现明显的变形,但是测量所得的微观接触角保持不变,与理论预期相符。当基板倾斜时,液滴的前进角逐渐增大,后退角逐渐减小,接触角迟滞越来越大,而且能够被实时地测量。     

基于AFM的钛合金表面红细胞力学性能

从微摩擦的角度研究血液的吸附机理,建立血细胞黏附力模型,利用CSPM5000型原子力显微镜(AFM)观察钛合金表面及吸附在其基底上的红细胞表面的二维和三维形貌,从材料的表面特征出发,研究不同红细胞压积HCT的血液在不同粗糙度的钛合金表面的接触角、黏附功的变化规律,以及材料表面性能对血液的润湿性、润滑性能和相容性的影响规律.结果表明:随着血液HCT的增加,血液对钛合金表面的接触角上升,润滑性能提高;随着合金表面粗糙度值的增加,其黏附功呈均匀上升,接触角下降;钛合金表面的亲水性越好,其表面血液润滑性能越好.研究结果为改进血液润滑效果、提高润滑效率、减少血细胞受损提供基础和依据.     

纳秒激光制备钛表面纹理结构及其润湿性研究

激光加工技术可在材料表面形成多种纹理结构,为了研究激光加工所得不同纹理结构对材料润湿性的影响,通过纳秒激光加工技术在金属钛表面分别加工直线、网格和点阵的表面纹理结构。采用扫描电子显微镜、接触角测量仪、粗糙度分析仪和X射线光电子能谱分别对激光加工后的钛表面进行表面形貌、接触角、粗糙度与化学成分的表征与分析。结果表明:初经激光纹理加工后试样表面的粗糙度较激光加工前均显著提高,但此时3种纹理结构试样表面接触角均小于90°;随着时间的推移,被加工材料表面化学成分的改变带来了材料表面自由能的变化,进而使被加工表面接触角总体呈现上升趋势;待试样表面化学成分稳定后接触角也基本保持不变,并且对于每种纹理结构而言,其接触角随粗糙度的增加而升高。直线、网格和点阵纹理结构试样表面接触角最终可达157.2°,153.1°和134.6°,从而实现了钛表面润湿性由亲水性向疏水性的转变。     

表面粗糙度对环境友好润滑剂润滑性能的影响

通过接触角测量仪及微摩擦磨损试验机考查了SiO₂试样表面粗糙度对环境友好润滑剂角鲨烷、季戊四醇油酸酯浸润性以及润滑性能的影响.结果表明：随着试样表面粗糙度的增加,润滑液体与试样表面接触角越大,浸润效果越差.角鲨烷润滑介质中,试样表面越粗糙,SiO₂-GCr15间的摩擦系数越大,试样表面磨损体积越大,摩擦副间的摩擦系数随时间先变大而后慢慢减小趋于稳定.季戊四醇油酸酯介质中,12min以后,试样表面越粗糙,摩擦副间的摩擦系数反而越小,随着试样粗糙度的增加,试样表面的磨损体积也随之减小.     

动态湿润与动态接触角研究进展

许多工业生产过程涉及到湿润动力学问题,从20世纪60年代开始得到了广泛的研究,迄今仍有很多问题急待解决.本文将对相关研究和进展作一简要的综述和评介.湿润动力学的实验研究表明:动态接触角与接触线移动速度、液体物性、固体衬底物性和表面性质等诸多因素相关.动态接触角随毛细数Ca的变化方式可分为3个区域,Ca<2×10-6,动态接触角为常数,10-6相似文献   

高斯粗糙表面辐射特性的数值研究

采用时域有限差分法和近场-远场变换对两种不同材料的一维微尺度高斯粗糙表面辐射特性进行了数值模拟,并将计算结果与其他方法进行了对比分析.研究结果表明,对于理想导电材料表面,随着均方根粗糙度的增加,其双向反射率的尖峰值逐步减小并最终消失;随着均方根粗糙度与表面关联距离之比的增加,向后反射变得愈加明显;相同表面轮廓特征条件下...     

液滴图片数字化引起的超疏表面接触角测量误差模拟研究

液滴在表面上的接触角是衡量表面润湿性能的一个重要指标,近年来在超疏水表面研究领域得到广泛应用。目前接触角测试主要采用座滴法在获取液滴数字图片的基础上对液滴轮廓进行直接测量或拟合得到;数字图片的离散性决定了接触角测试结果具有一定误差这一误差在液滴偏离球冠形状的情况下(例如:超疏水/油表面接触角测量)会变得较为严重。拟采用数值模拟分析方法研究由液滴数字图片决定的超疏水/油表面接触角测量误差随液滴参数和表面性能的变化规律。通过模拟发现,接触角测量误差随着接触角的增大而增大;采用大体积液滴进行测量会带来较大的接触角误差;而密度大或表面张力小的液体带来的误差较太。为实现接触角误差的控制,在采用小体积液滴的同时,可以通过悬滴法进行测试,此时误差可控制在仪器误差限范围之内。     

薄板毛细渗透法测定粉体接触角和表面能成分

研究了用薄板毛细渗透技术测定氢氧化镁粉体表面改性前后的接触角和表面能的成分,基于不同探针液体的接触角获得的氢氧化镁固体表面能的成分彼此一致.由于改性氢氧化镁的表面能大大降低,致使除1溴代萘外的多种探针液体不能与其发生毛细渗透,即接触角>90°.依据1溴代萘的接触角可以求得改性氢氧化镁表面能的非极性成分,但要获得极性成分,尚需寻找表面张力更低的探针液体.     

具有粗糙表面的氮化硅薄膜光热偏折谱分析

给出了一种分析表面粗糙度对氮化硅(SiNx)薄膜光热偏折谱(PDS)影响的简单方法.得出了光散射影响下,由PDS实验测得的薄膜的吸收系数与表面粗糙度的函数关系式.在此基础上,对PDS测得的具有纳米量级表面粗糙度的SiNx薄膜的吸收系数进行了修正,并进一步给出了不同薄膜厚度和表面粗糙度情况下,PDS测量结果的偏差.结果表明,在较低能量区域,PDS实验测得的薄膜吸收系数偏差较大,这种偏差不仅取决于薄膜的表面粗糙度,而且与薄膜的厚度相关,较大的表面粗糙度和较小的薄膜厚度将使其偏差显著增加;而在高能区域,这种偏差很小,可以忽略.     

超亲水薄膜表面接触角的高精度测量

 作为极端润湿表面的一种,超亲水薄膜表面由于具有自清洁、防雾、防腐蚀等特性,成为现代工业、城市建设等领域的研究重点之一。界定极端润湿表面的一种方法为接触角的测量,因此获得更高精度的接触角对极端润湿表面工程具有重要意义。讨论了在超亲水薄膜表面提高接触角精度的3种算法,包括量高法、圆拟合法及椭圆拟合法,结果显示接触角在接近0°时通过圆拟合算法能够提高计算精度。     

两弹性接触粗糙低速滑动表面温升的分形模型

采用球形微凸体的赫兹接触理论和MB模型,对微接触点的稳态温升、瞬态温升进行了分析,得到了低速滑动区域内的分形区域实际接触面积温升概率分布密度的封闭形式表达式.分析结果说明:摩擦副表面粗糙度、最大弹性微接触点的面积、域扩展系数均随分形维数增加而减小,域分开系数随分形维数增加而线性增加.最大温升随分形维数增加而减小,总体上随实际接触面积增加而线性增加,还随分形粗糙度参数增加而增加.当温升增加时,受给定温升的微接触点数减小会导致实际接触面积的温升概率分布密度下降.考虑了各接触微凸体之间相互作用的瞬态温升效应,但计算表明在低速滑动区域可以不考虑其影响.     

溅射压强对光伏玻璃表面二氧化钛自清洁薄膜润湿性的影响

主要研究了溅射压强对光伏玻璃表面二氧化钛自清洁薄膜润湿性的影响。采用射频磁控溅射法制备了具有自清洁功能的二氧化钛薄膜,通过调控溅射压强改变薄膜润湿性。研究发现:薄膜中Ti元素主要以Ti+4形式存在。当溅射压强由0.4 Pa增加到0.6 Pa时,二氧化钛薄膜表面粗糙度由1.02 nm降低到0.65 nm,薄膜的水接触角由68.9°小幅下降到67.9°,随着溅射压强增加到1.4 Pa,薄膜表面粗糙度又升高到2.38 nm,薄膜的水接触角持续增加到87.5°,二氧化钛薄膜表现出亲水性;薄膜表面粗糙度变化与水接触角变化表现出相同的变化趋势,粗糙度变化有利于调节二氧化钛薄膜表面润湿性。当溅射压强为0.6 Pa时,二氧化钛薄膜滚动角最小,达到5°,此时薄膜的水接触角为最小角67.9°,表面自由能最大,为34.3 mJ/m2,有利于减小固液间相对运动的阻力。     

接触角和固体表面自由能

本文分析了接触角与固体表面自由能的关系及影响接触角的因素,并简要介绍了用接触角数据计算固体表面自由能的方法。     

负离子注入硅橡胶水接触角的测量

通过20keV不同注量的碳负离子注入硅橡胶改善其表面亲水性,采用座滴法测量水接触角来表征亲水性.选择拟合速度较快,准确性较高的椭圆拟合算法对碳负离子注入前后硅橡胶表面水接触角随时间的变化进行测量.结果发现硅橡胶离子注入前后表面水接触角同时达到稳定变化的时间大约10~30s.选定拍照延迟时间为20s,并选择Laplace-Young拟合算法测量20keV时碳负离子注入硅橡胶后水接触角随注量的变化.结果表明,碳负离子注入后硅橡胶表面亲水性得到明显改善,并在注量为3×10~(15)·cm~(-2)时,水接触角最小.     

液滴在化学异构表面上侧向弹跳的计算机模拟研究

液滴撞击润湿性不同的表面会产生不同的动态行为,数值模拟是研究该现象的一种有效方法.采用基于化学势的晶格Boltzmann方法,通过调整接触角来改变固体表面的润湿性,对液滴撞击单一接触角的疏水表面以及接触角分布不同的疏水表面所产生的动态行为进行模拟和分析.当给疏水表面施加单一接触角时,液滴的弹跳高度随表面接触角的增大而增...