【摘 要】
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随着微纳米材料制备方法的快速发展,注液表面(Liquid-infused surfaces,LISs)的相关研究受到了大量关注。LISs具有优异的拒液性、防生物污染、自清洁等特点被广泛的运用于生物医学和材料化学等多个领域。液滴在注液表面的润湿及电润湿行研究对其应用具有重要的指导意义。由于注液表面中润滑剂的存在,液-液界面附近的液滴状态和分子过程很难用简单的光学仪器捕捉。然而,分子动力学模拟为观察注
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随着微纳米材料制备方法的快速发展,注液表面(Liquid-infused surfaces,LISs)的相关研究受到了大量关注。LISs具有优异的拒液性、防生物污染、自清洁等特点被广泛的运用于生物医学和材料化学等多个领域。液滴在注液表面的润湿及电润湿行研究对其应用具有重要的指导意义。由于注液表面中润滑剂的存在,液-液界面附近的液滴状态和分子过程很难用简单的光学仪器捕捉。然而,分子动力学模拟为观察注液表面上纳米液滴形态提供了一种直观的方法。因此,本文利用分子动力学方法构建了LISs模型,研究了基底特性和油层厚度对液滴状态、表观接触角、油膜厚度和扩散直径的影响;建构了LISs电润湿模型,研究了电场强度和油层厚度对液滴接触状态和表观接触角的影响。基于以上研究,本论文的主要结论如下:(1)研究了基底特性和油层厚度对液滴在LISs上形态、表观接触角和扩散直径的影响。发现液滴在亲水基底注液表面容易表现为Wenzel状态,而在疏水基底注液表面则表现为Cassie状态,并且亲水基底注液表面液滴的表观接触角小于疏水基底注液表面。获得了随着油层厚度的增加,液滴由Wenzel状态向Cassie状态转变和液滴表面油膜厚度逐渐增加的规律;研究发现液滴表观接触角会随着油层厚度的增加先增大后减小。对比研究了扩散直径在亲水基底和疏水基底注液表面的变化,发现液滴扩散直径在疏水基底注液表面更快达到扩散极限;随着油层厚度的增加,液滴的扩散直径逐渐减小。(2)对比研究了不同电场强度和油层厚度对液滴状态、表观接触角和油膜厚度的影响。首先,研究发现外加电场会改变液滴的形态和状态,液滴从非隐身状态转变为隐身状态。液滴表面油膜厚度以及与注液表面的接触面积会随着电场强度的增大而增加。通过对比两种基底,发现铜基底注液表面比硅基底注液表面更容易产生电拉伸。最后,研究了油层厚度对纳米液滴电润湿的影响。研究发现,在平行外电场作用下,表观接触角的减小随润滑油层厚度的增加而增大,而在垂直向上或向下的外电场作用下,表观接触角的减小在润滑油层厚度适中时最大。综上,发现在外加电场作用下,注液表面上液滴的变形可归因于电润湿、电拉伸和钉扎效应的竞争。本文基于分子动力学方法,研究了液滴在LISs的润湿和电润湿行为,总结了其润湿和电润湿行为规律。本文的工作为纳米尺度下LISs电润湿行为研究提供了一种新思路,对注液表面的设计有一定的指导意义。
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