梯度界面张力铜表面上丙二醇-水混合液滴运动的研究

作     者：张慧 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程江

授予年度：2020年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0702[理学-物理学] 

主      题：丙二醇-水混合液滴 铜片 界面张力梯度 定向运动 

摘      要：采用碱辅助氧化法在铜片上制备了均一亲水性薄膜,纯水接触角为25°。通过扫描电镜和X-射线衍射分析可知,该薄膜是由杂乱堆积的针状形貌的Cu(OH)构成,表面上有许多的空隙。在该表面上纯水和纯丙二醇液滴完全无法收缩接触线,而含适量丙二醇的混合液滴可以产生Marangoni力,帮助液滴收缩接触线,恢复圆形,其中含30%丙二醇的液滴形状恢复的效果最好;在有雾气时,Marangoni力被减弱,液滴的形状恢复受到抑制。受液滴形状恢复的启发,制备了Cu(OH)/Cu的楔形图案化表面和润湿梯度表面,含适量丙二醇的液滴在这两表面上可无后端钉扎地定向运动,而纯水和纯丙二醇液滴只能铺展。液滴的位移与形状恢复的效果有关,形状恢复效果越好的液滴,位移就越远。液滴的速度则随着丙二醇含量增大而减小;而在丙二醇含量相同(30%)的情况下,双组分液滴速度随着雾气增大而减小。采用置换沉积法在铜片上制备了均一亲水性薄膜,纯水接触角为25°。通过扫描电镜和X-射线衍射分析可知,该薄膜是由紧密堆积的球形的Ag颗粒构成,表面空隙少。在雾气流率,丙二醇含量和表面润湿性相同的情况下,丙二醇/水混合液滴在Ag/Cu表面上形状恢复得比在Cu(OH)/Cu表面上快,而且液体残留也比较少。在定向运动实验中,经过对比发现的Ag更利于后端的收缩而Cu(OH)利于前端铺展,因此制备了楔形轨道前段为Ag,后段为Cu(OH)的Ag@Cu(OH)Cu楔形图案化表面,使30%PG的液滴运动的位移和平均速度都比在Ag/Cu楔形图案化表面和Cu(OH)/Cu楔形图案化表面上的大。另外通过将润湿梯度和楔形图案化结合起来制备的复合梯度表面也可增大了液滴定向运动的速度和位移。最后基于液滴在润湿复合楔形图案化表面的定向运动,进一步制备了双轨道的微化学反应器,使两颗分散液滴汇聚。