【摘 要】
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本文采用实验探究、理论分析和数值模拟相结合的方法,对含不同乙醇浓度的两组分胶体液滴在超疏水表面上蒸发和沉积的动力学过程进行研究。通过系统的实验,分析了液滴的接触半径、接触角和蒸发速率随时间的演化规律,并与现有理论模型进行对比。实验结果表明蒸发行为主要受液滴内乙醇浓度的影响:低乙醇浓度时,液滴的蒸发速率较慢且趋于常接触角(CCA)模式;高乙醇浓度时,液滴的蒸发速率较快且趋于常接触半径(CCR)模式。
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本文采用实验探究、理论分析和数值模拟相结合的方法,对含不同乙醇浓度的两组分胶体液滴在超疏水表面上蒸发和沉积的动力学过程进行研究。通过系统的实验,分析了液滴的接触半径、接触角和蒸发速率随时间的演化规律,并与现有理论模型进行对比。实验结果表明蒸发行为主要受液滴内乙醇浓度的影响:低乙醇浓度时,液滴的蒸发速率较慢且趋于常接触角(CCA)模式;高乙醇浓度时,液滴的蒸发速率较快且趋于常接触半径(CCR)模式。环境湿度主要影响液滴的蒸发速率(湿度越高,蒸发速率越慢),但对蒸发模式的作用较小。鉴于乙醇和水在环境中挥发性的差异极为明显,蒸发速率是探究两组分液滴在不同阶段蒸发成分的重要方式。使用现有模型对实验数据进行拟合,发现两组分液滴在前期主要为挥发性较强的乙醇在蒸发,到了后期,液滴的主要蒸发成分为水。胶体微球沉积的动力学行为是本文的另一项主要研究内容,利用三维表面形貌仪和扫描电子显微镜对胶体微球在超疏水表面上的沉积方式进行表征,并使用彩色相机拍摄了胶体微球的沉积过程。研究结果表明:在无乙醇的情况下,多数胶体微球在蒸发后期会浮于水滴顶部并最终以二维饼状结构的形式沉积,在乙醇浓度较低的情况下则会形成液体弹珠并沉积成三维的半球状结构,随着乙醇浓度的升高则会沉积为类似咖啡渍的环状结构,且乙醇浓度越高,环越大。此外,通过数值模拟的方式探究了液滴在不同形貌下气液界面间的蒸发通量分布,发现:接触角在高于90°时,蒸发通量呈液滴顶部大、三相线处小的分布;当接触角等于90°时,蒸发通量呈均匀分布;当接触角低于90°时,液滴顶部的蒸发通量明显会小于三相线处。
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