上海交通大学学报 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (4): 455-461.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.079
所属专题: 《上海交通大学学报》2021年12期专题汇总专辑; 《上海交通大学学报》2021年“能源与动力工程”专题
收稿日期:
2020-03-24
出版日期:
2021-04-28
发布日期:
2021-04-30
通讯作者:
贾志海
E-mail:zhhjia@usst.edu.cn
作者简介:
熊雪娇(1995-),女,河南省信阳市人,硕士生,现主要从事强化传热与节能研究
基金资助:
XIONG Xuejiao, JIA Zhihai(), DENG Yong, FEI Yuanyuan
Received:
2020-03-24
Online:
2021-04-28
Published:
2021-04-30
Contact:
JIA Zhihai
E-mail:zhhjia@usst.edu.cn
摘要:
以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基底,采用光刻技术制备微方柱结构的梯度能表面,采用高速摄影仪对微方柱结构梯度能表面振动液滴的动力学特性进行研究,分析微方柱结构梯度能表面的几何参数对振动液滴运动特征的影响.研究发现:当对微方柱结构梯度能表面施加一定频率的振动,且振幅达到一定阈值后,液滴会产生蠕动,且随着振幅的增加,从面积分数较大的地方向面积分数较小的方向运动.在相同的振动频率下,液滴的运动加速度随着振幅的增大而逐渐减小.同时,相对于面积分数较小的区域,在面积分数较大的区域内,液滴运动的平均加速度较小;在面积分数较大的区域,湿接触直径变化的范围更大.运用力学和表面物理化学理论建立模型,分析表面微观结构对液滴运动特性的影响.
中图分类号:
熊雪娇, 贾志海, 邓勇, 费媛媛. 微结构梯度能表面振动液滴的运动特性[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(4): 455-461.
XIONG Xuejiao, JIA Zhihai, DENG Yong, FEI Yuanyuan. Motion Characteristics of Vibrated Droplets on Micropillared Surface with Gradient Energy[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2021, 55(4): 455-461.
[1] |
GRAS S L, MAHMUD T, ROSENGARTEN G, et al. Intelligent control of surface hydrophobicity[J]. Chem Phys Chem, 2007, 8(14):2036-2050.
doi: 10.1039/B600485G URL |
[2] | 张凯, 陆勇俊, 王峰会. 表面能梯度驱动下纳米水滴在不同微结构表面上的运动[J]. 物理学报, 2015, 64(6):064703. |
ZHANG Kai, LU Yongjun, WANG Fenghui. Motion of the nano droplets driven by energy gradient on surfaces with different microstructures[J]. Acta Physica Sinica, 2015, 64(6):064703. | |
[3] |
LIU Q C, XU B X. Actuating water droplets on graphene via surface wettability gradients[J]. Langmuir, 2015, 31(33):9070-9075.
doi: 10.1021/acs.langmuir.5b02335 URL |
[4] |
WANG X S, XU B, CHEN Y F, et al. Fabrication of micro/nano-hierarchical structures for droplet manipulation via velocity-controlled picosecond laser surface texturing[J]. Optics and Lasers in Engineering, 2019, 122:319-327.
doi: 10.1016/j.optlaseng.2019.06.021 URL |
[5] |
LIU C R, SUN J, LI J, et al. Long-range spontaneous droplet self-propulsion on wettability gradient surfaces[J]. Scientific Reports, 2017, 7(1):7552.
doi: 10.1038/s41598-017-07867-5 URL |
[6] |
SOMMERS A D, BREST T J, EID K F. Topography-based surface tension gradients to facilitate water droplet movement on laser-etched copper substrates[J]. Langmuir, 2013, 29(38):12043-12050.
doi: 10.1021/la402424d URL |
[7] |
KRUMPFER J W, MCCARTHY T J. Contact angle hysteresis: A different view and a trivial recipe for low hysteresis hydrophobic surfaces[J]. Faraday Discussions, 2010, 146:103-111.
doi: 10.1039/b925045j URL |
[8] |
QIAO S Z, HU X J. Effect of micropore size distribution induced heterogeneity on binary adsorption kinetics of hydrocarbons in activated carbon[J]. Chemical Engineering Science, 2000, 55(9):1533-1544.
doi: 10.1016/S0009-2509(99)00427-3 URL |
[9] | DUBOV A L, MOURRAN A, MÖLLER M, et al. Contact angle hysteresis on superhydrophobic stripes[J]. The Journal of Chemical Physics, 2014, 141(7):074710. |
[10] |
ZHENG Y F, CHENG J, ZHOU C L, et al. Droplet motion on a shape gradient surface[J]. Langmuir, 2017, 33(17):4172-4177.
doi: 10.1021/acs.langmuir.7b00227 URL |
[11] | 朱海涛, 贾志海. 高温锯齿表面自推进液滴的动态特性[J]. 科学通报, 2017, 62(13):1422-1429. |
ZHU Haitao, JIA Zhihai. Dynamic properties of self-propelled droplets on hot ratchet surfaces[J]. Chinese Science Bulletin, 2017, 62(13):1422-1429. | |
[12] |
CHEN M Y, JIA Z H, ZHANG T, et al. Self-propulsion of Leidenfrost droplets on micropillared hot surfaces with gradient wettability[J]. Applied Surface Science, 2018, 433:336-340.
doi: 10.1016/j.apsusc.2017.10.033 URL |
[13] |
JIA Z H, CHEN M Y, ZHU H T. Reversible self-propelled Leidenfrost droplets on ratchet surfaces[J]. Applied Physics Letters, 2017, 110(9):091603.
doi: 10.1063/1.4976748 URL |
[14] |
DASH S, KUMARI N, GARIMELLA S V. Frequency-dependent transient response of an oscillating electrically actuated droplet[J]. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2012, 22(7):075004.
doi: 10.1088/0960-1317/22/7/075004 URL |
[15] |
BAHADUR V, GARIMELLA S V. Electrowetting-based control of droplet transition and morphology on artificially microstructured surfaces[J]. Langmuir, 2008, 24(15):8338-8345.
doi: 10.1021/la800556c URL |
[16] |
ROSSEGGER E, HENNEN D, GRIESSER T, et al. Directed motion of water droplets on multi-gradient photopolymer surfaces[J]. Polymer Chemistry, 2019, 10(15):1882-1893.
doi: 10.1039/C9PY00123A URL |
[17] |
BORCIA R, BORCIA I D, BESTEHORN M. Can vibrations control drop motion?[J]. Langmuir, 2014, 30(47):14113-14117.
doi: 10.1021/la503415r URL |
[18] |
DONG Y, HOLMES H R, BÖHRINGER K F, Converting vertical vibration of anisotropic ratchet conveyors into horizontal droplet motion[J]. Langmuir, 2017, 33(40):10745-10752.
doi: 10.1021/acs.langmuir.7b02504 URL |
[19] |
XU J, LIU G D, LIAN J D, et al. Droplet transient migration and dynamic force balance mechanism on vibration-controlled micro-texture surfaces[J]. Current Applied Physics, 2018, 18(11):1368-1374.
doi: 10.1016/j.cap.2018.07.023 URL |
[20] |
JUNG Y C, BHUSHAN B. Dynamic effects induced transition of droplets on biomimetic superhydrophobic surfaces[J]. Langmuir, 2009, 25(16):9208-9218.
doi: 10.1021/la900761u URL |
[21] |
NOBLIN X, BUGUIN A, BROCHARD-WYART F. Vibrated sessile drops: Transition between pinned and mobile contact line oscillations[J]. The European Physical Journal E, 2004, 14(4):395-404.
doi: 10.1140/epje/i2004-10021-5 URL |
[22] |
FURMIDGE C G L. Studies at phase interfaces. I. The sliding of liquid drops on solid surfaces and a theory for spray retention[J]. Journal of Colloid Science, 1962, 17(4):309-324.
doi: 10.1016/0095-8522(62)90011-9 URL |
[1] | 秦广菲, 姚慧岚, 张怀新. 螺旋桨脉动压力作用下自航船舶艉部振动数值研究[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(9): 1148-1158. |
[2] | 王瑞, 胡志平, 殷珂, 马甲宽, 任翔. 黄土地区某铁路专用线路基动力响应规律[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(7): 908-918. |
[3] | 宋深科, 夏立, 邹早建, 邹璐. 大型邮轮与集装箱船水动力相互作用数值研究[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(7): 919-928. |
[4] | 王沙沙, 张翔宇, 邱国志, 龚景海. 一种分析膜面在积水荷载作用下响应的数值模型[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(6): 730-738. |
[5] | 孙健, 彭斌, 朱兵国. 无油双涡圈空气涡旋压缩机的数值模拟及试验研究[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(5): 611-621. |
[6] | 李泽垚, 周洁, 田万君, 裴万胜. 地铁变频荷载循环作用下饱和软黏土累积塑性变形[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(4): 454-463. |
[7] | 李元辉, 李建军, 王顺超, 张珑耀, 朱文峰. 铝合金薄板含胶滚压成形工艺建模及实验[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(4): 532-542. |
[8] | 唐耿林, 李建军, 李元辉, 张珑耀, 朱文峰. 基于胶层填充的薄板包边成形数值模拟及实验研究[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(4): 523-531. |
[9] | 高昌昊, 宋文萍, 韩少强, 路宽, 王跃, 叶坤. 空空导弹过失速重新定向技术研究[J]. 空天防御, 2022, 5(3): 17-26. |
[10] | 王超, 杨波, 张媛, 郭春雨, 叶礼裕. 冰柱冲击问题的数值仿真分析[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(3): 368-378. |
[11] | 胡金硕, 黄健哲. 共轴双旋翼动力学建模与验证[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(3): 395-402. |
[12] | 王 屹. 单点吊装作业视景仿真应用研究[J]. 海洋工程装备与技术, 2022, 9(2): 38-42. |
[13] | 何清波,姜添曦. 人工智能可以通过操纵波来实现吗?[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(Sup.1): 1-2. |
[14] | 汤亭亭. 可以利用生物材料学方法对抗耐药细菌吗?[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(Sup.1): 34-35. |
[15] | 姚振威. 如何通过拓扑缺陷概念推进对凝聚态物质的理解?[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(Sup.1): 106-107. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||