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线张力作用下微纳米尺度液滴的非线性粘附

应用数学和力学 2008年第10期29卷 1135-1146页

作者：吕存景殷雅俊郑泉水清华大学航天航空学院工程力学系北京100084

三相接触线上的线张力对微纳米尺度液滴的粘附行为有至关重要的影响.首次在由表面张力、线张力和液滴尺度组成的全参数空间中研究了液滴粘附的非线性行为.研究表明:液滴粘附解空间可以被归纳为4个特征区;在每个特征区内,液滴的粘附行为... 详细信息

三相接触线上的线张力对微纳米尺度液滴的粘附行为有至关重要的影响.首次在由表面张力、线张力和液滴尺度组成的全参数空间中研究了液滴粘附的非线性行为.研究表明:液滴粘附解空间可以被归纳为4个特征区;在每个特征区内,液滴的粘附行为是相同的;在具有高度非线性的特征区中,给定材料体系,存在着多重粘附态;液滴粘附解空间中存在着两个公共不动点.这些新结果,与数值计算和实验观测相符合.

关键词：微纳米尺度液滴粘附线张力非线性

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关于线张力对液滴-固体接触角的影响问题

应用基础与工程科学学报 2009年第4期17卷 622-627页

作者：崔树稳朱如曾闫红中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室(LNM) 北京100080

指出并论证了文献[7]得出的"线张力通过液滴在三相接触线处的形状变化对接触角发生作用,是造成接触角测量值不确定性的一个重要原因"的结论是错误的.对于文献[7]所选取的两组典型参数下液滴与固体表面的平衡接触状态(即接触角θ和三相... 详细信息

指出并论证了文献[7]得出的"线张力通过液滴在三相接触线处的形状变化对接触角发生作用,是造成接触角测量值不确定性的一个重要原因"的结论是错误的.对于文献[7]所选取的两组典型参数下液滴与固体表面的平衡接触状态(即接触角θ和三相接触线曲率半径ρ)及其稳定性问题纠正推导错误后,得出系统各有3个平衡态,其中,2个稳定,1个不稳定,系统究竟处于哪一个稳定平衡态,由系统的初始条件决定,从而进一步验证了线张力并不导致接触角测量值的不确定性.

关键词：接触角线张力表面张力广义杨氏方程

表面润湿性对纳米液滴线张力影响机理的分子动力学研究

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表面润湿性对纳米液滴线张力影响机理的分子动力学研究

作者：雷俊鹏华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

表面润湿是一种常见的物理现象。在纳米尺度下,由于液滴的润湿行为受固体表面形状和粗糙度的影响,可能产生与宏观尺度下截然不同的变化规律。同时,线张力作为纳米尺度下影响表面润湿性能的关键参数,其作用大小、方向及变化规律目前还没... 详细信息

表面润湿是一种常见的物理现象。在纳米尺度下,由于液滴的润湿行为受固体表面形状和粗糙度的影响,可能产生与宏观尺度下截然不同的变化规律。同时,线张力作为纳米尺度下影响表面润湿性能的关键参数,其作用大小、方向及变化规律目前还没有统一的认识。因此,微纳尺度下表面润湿行为和线张力效应的研究,对微纳机电系统、生物芯片、仿生医学器件等微纳米科学技术的发展具有至关重要的意义。本文采用分子动力学方法对纳米液滴在凸型和凹型两种固体表面上的润湿状态进行了模拟,研究了固体表面曲率、固液相互作用以及液滴尺寸对固体表面润湿性能的影响规律。研究结果表明,在凸表面上,不同的固液相互作用和不同尺寸液滴形成的接触角均随着半径比例系数k的增大而增大,三相接触线曲率半径随着k值的增大而减小;在凹表面上,增大半径比例系数k,液滴的接触角呈现先增大后减小的趋势,且液滴表面形态由凸液面逐渐转变为凹液面。而增大液滴尺寸,液滴接触角反而减小。通过对液滴三相接触线处进行受力分析,推导了在不同形状固体表面上含有线张力作用项的修正Young方程,并结合模拟结果计算了线张力的数值。纳米尺度下线张力大小受固体表面曲率和固液相互作用的影响而改变。在凸表面上,受半径比例系数k值影响线张力的变化可分为两个阶段:当液滴尺寸远小于固体表面尺寸时,线张力受到固体表面曲率影响较小,基本保持不变;当液滴尺寸和固体表面尺寸相近时,线张力在亲水性表面随k值增大而增大,在中性表面上随k值的增大而减小,在疏水性表面上保持恒定。在凹表面上,当固体表面为亲水性时,线张力随着k值的增长呈现先增大后恒定的变化趋势。为了深入探究在纳米尺度下线张力效应的作用机制,统计了近壁面处液体原子的数密度分布和径向分布函数。在凸表面上,近壁面处的液体原子数量随半径比例系数k和固液间势能参数β增大而增加,但原子排列结构基本不变;在凹表面上,当固液相互作用较强时,近壁面处的液体原子数量同样随着半径比例系数k的增大而增加,同时液体原子的排列结构也会受到固体表面曲率的影响。对于不同形状的表面,线张力的数值均与近壁面处首次出现的数密度峰值呈现线性增长关系,即靠近壁面处液体原子的绝对数量越多,线张力的数值越大。

关键词：纳米液滴曲型表面润湿性能线张力分子动力学

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线张力对油气储层润湿角影响的理论分析

石化技术 2015年第10期22卷 197-198页

作者：李晨曦西安石油大学地球科学与工程学院陕西西安710300

大量的油气勘探以及开发实践已经证实,储存油气的岩层孔隙结构复杂,孔喉半径处于微米甚至纳米(致密储层)级别,则进行储层岩石润湿规律的理论研究具有一定难度。文章首先介绍了研究润湿规律的经典理论—杨氏方程;然后在其基础上,引入线张... 详细信息

大量的油气勘探以及开发实践已经证实,储存油气的岩层孔隙结构复杂,孔喉半径处于微米甚至纳米(致密储层)级别,则进行储层岩石润湿规律的理论研究具有一定难度。文章首先介绍了研究润湿规律的经典理论—杨氏方程;然后在其基础上,引入线张力,在力学平衡条件下得到修正的杨氏方程;最后在热力学平衡条件下,经详细推导,得到和修正的杨氏方程相同的结论,证明了此方程的正确性,并简要论述了其在实际开发中的意义。

关键词：线张力润湿角热力学平衡

关于胶圈生产中绕线张力与绕线线距问题的研讨

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纺织器材 1984年第1期 19-21页

作者：荆越王汝栋祝伟中无锡轻工业学院无锡第二橡胶厂

纺纱工艺对纺纱胶圈的要求是内径不易伸长,整圈强力较高等。而限制胶圈内径伸长,提高胶圈整圈强力与胶圈的骨架层关系极大。除胶圈骨架线的材质,支数、股数、捻度等之外,胶圈生产中的绕线张力与线距的控制有直接的影响。

关键词：胶圈骨架线皮圈密封制品线距线张力绕线

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水汽在单颗粒表面异质凝结的模态可视化研究

过程工程学报 2024年

作者：吴相承闾荔钱丽娟中国计量大学机电工程学院中国计量大学浙江省智能制造质量大数据分析重点实验室

水汽在颗粒表面异质凝结作为一种极具应用价值的工业除尘预处理技术，可有效提高除尘效率。为研究水汽异质凝结过程中液滴在颗粒表面的动态行为，基于环境扫描电子显微镜(ESEM)可视化观察了水汽在颗粒表面的异质凝结过程，研究了液滴模... 详细信息

水汽在颗粒表面异质凝结作为一种极具应用价值的工业除尘预处理技术，可有效提高除尘效率。为研究水汽异质凝结过程中液滴在颗粒表面的动态行为，基于环境扫描电子显微镜(ESEM)可视化观察了水汽在颗粒表面的异质凝结过程，研究了液滴模态的演变过程，分析了线张力在凝结过程中对系统吉布斯自由能的贡献以及颗粒粒径、接触角对线张力的影响。结果表明，颗粒首先会成核形成一个晶胚液滴，该晶胚液滴继续生长并快速扩散至颗粒赤道线上。然后液滴停留在赤道线上不断凝结增长，逐渐过渡到越过赤道线。随着凝结时间的增加，液滴会包裹颗粒，当颗粒被完全包裹后，由异质凝结转变为均质凝结并持续生长。整个凝结过程可以划分为五个模态，分别为：成核、扩散、过渡、包裹、生长。对五个模态的线张力进行分析，发现当液滴处于颗粒上半球时，越靠近赤道线，线张力对系统吉布斯自由能变化量的贡献越大，促进其向赤道线运动，而处于下半球时则会促进其对颗粒实现包裹。数值研究了颗粒粒径和接触角的变化对线张力的影响，发现随着颗粒粒径的增大，线张力也增大。颗粒本征接触角对线张力的影响很小，但与表观接触角之间的差值越小，线张力越大。

关键词：细颗粒异质凝结模态环境扫描电子显微镜线张力

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仿生磷脂膜相分离中的微畴迁移与融合动力学

仿生磷脂膜相分离中的微畴迁移与融合动力学

作者：朱玉洁伊犁师范大学

学位级别：硕士

近些年来,细胞生物学中的物理问题的探索成为生物物理学热点之一。而基于人工生物膜的模拟和实验研究诠释生命活动中细胞膜结构与功能内在的物理机理显得十分重要。细胞膜中的相分离现象和脂质筏的自组织问题备受关注。类脂筏作为调节... 详细信息

近些年来,细胞生物学中的物理问题的探索成为生物物理学热点之一。而基于人工生物膜的模拟和实验研究诠释生命活动中细胞膜结构与功能内在的物理机理显得十分重要。细胞膜中的相分离现象和脂质筏的自组织问题备受关注。类脂筏作为调节生物功能的特征结构,在组分分拣、蛋白转运和信号传导过程中起着关键作用。本论文基于仿生单层巨囊泡(GUVs),通过荧光染料标记类筏结构,使用荧光显微术观察相分离微畴的迁移、演变。并通过单畴追踪方法和畴边界波动性定量方法,获得控制微畴的成长和迁移的关键参量:膜粘滞性和线张力。微畴在细胞膜上的侧向扩散对提高生物分子信号传导效率起着关键作用。本文的第一章简要描述了细胞膜的组成和结构。阐明脂筏的重要性与研究困难。介绍了细胞膜基本物理性质,包括相态与粘度、侧向流动性、侧向异质性等。随后综述了细胞膜脂筏与异质性的近期研究进展,并提出了我们课题研究的切入点。第二章介绍了主要的实验研究手段。介绍单畴追踪方法,讲明如何通过运动轨迹对微畴扩散进行定量分析。根据微畴在膜环境中的运动,阐述如何通过微畴边界定量获得线张力。上述方法为我们探究微畴成长动力学提供了可靠的依据。磷脂相分离是细胞脂质筏形成的物理驱动力,在生命物质的空间组装中发挥着重要的作用。第三章通过单微畴跟踪、径向波动性分析等手段定量地研究了多组分磷脂相分离动力学。发现在低线张力差异下,大相的粘滞性是产生微畴粗化差异的主要原因。融合产生的流场促进微畴扩散,加速了低粘滞大相中微畴的融合粗化;而高粘滞大相中微畴主要依赖布朗运动扩散,融合粗化较慢。进一步建立微畴的扩散与融合粗化理论模型,理解了大相粘滞性较高与较低时,微畴尺寸与粗化时间分别满足的0.5与1幂指数关系。此外,还发现可以通过胆固醇相对含量调节大相粘滞性,提高了微畴粗化的可控性。研究深化了多组分磷脂相分离机制的理解,为调控细胞膜表面的生物分子再分布提供了有价值的参考。生命体系中常常存在流动场、化学梯度场(如膜电位)、温度场等,导致单个细胞处于非平衡状态。而有关非平衡态下,脂质筏的成长、稳定性的研究却较少。在第四章,我们着重探索梯度温度场下微畴的形成、侧向扩散及其非对称性分布,理解非平衡条件下微畴的特征。基于GUVs,对比有无温度梯度时微畴的运动情况,观察发现上下表面无温差的微畴通过布朗运动扩散融合;施加温度梯度,观察到微畴的扩散和迁移的现象。实验结果表明:有序相畴和无序相畴(与组分无关)都会向囊泡的高温侧移动。在迁移中碰撞方式融合,形成较大的微畴减少线张力。当微畴处于温度较高的膜环境中,膜粘滞性就降低微畴扩散速率增加。实验施加温度场时,冷面微畴的扩散速度超过了热面微畴的扩散速度,粘滞性对微畴的阻碍作用减小。而热面温度越高,微畴的线张力越小,为保证稳定性微畴向热面迁移。最后,对相分离囊泡中微畴的动力学行为进行总结,深化微畴与细胞膜相互作用的了解,对本文未来的研究工作进行展望。

关键词：微畴相分离单畴跟踪扩散运动线张力粘滞性