接觸角遲滯和氣-液界面張力溫度敏感性對液滴蒸發動態特性的影響*

李春曦 程冉 葉學民

(華北電力大學動力工程系, 保定 071003)

(2021 年2 月8 日收到; 2021 年5 月16 日收到修改稿)

1 引 言

固體表面上液滴的蒸發過程不僅在日常生活中隨處可見, 而且在涂覆工藝、焊接技術、油墨印刷、DNA 分析等工業和醫學領域也有廣泛應用[1,2].掌控液滴在固體基底上的運動特性對于加快微電子元件冷卻速率、提高噴涂質量及提升醫療診斷準確性等諸多實際應用至關重要[3].

近年來的研究表明, 液滴蒸發過程的動態特性與固體表面溫度[4]、液體性質[5]、固體材質[6]和環境條件[7]密切相關. 除此之外, 存在于實際表面上的接觸角遲滯[8]也是影響液滴運動的重要因素. 理論上講, 對于任意一個理想表面, 都可以由Young方程, cosθY=(σsg?σls)/σlg, 唯一地確定其表面上所附著液滴的接觸角. 但實際上很難通過實驗來測出這一角度, 因為附著液滴在固體表面上的接觸角值并不唯一, 而是在相對穩定的兩個角度之間變化, 這種現象被稱為接觸角遲滯. 其中上限和下限分別為前進接觸角θa和后退接觸角θr, 二者的差值為遲滯角Δθ. 對于接觸角遲滯, Neumann 和Good[9]認為接觸角遲滯現象歸因于表面粗糙[10]、化學異質性[11]和亞穩表面能量態, 而Eral 等[8]則發現表面變形、液體吸附和滯留、潤濕時分子重排和相互擴散也是影響接觸角遲滯的重要因素.

目前, 已有實驗研究了液滴蒸發過程中接觸角遲滯的影響. Yu 等[12]通過在自組裝分子層上微液滴的蒸發實驗, 發現蒸發模式的轉變源于接觸角遲滯的存在. Li 等[13]發現接觸……