纳米结构表面上冷凝液滴的生长模式及部分润湿液滴的形成机制.pdf

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1、物理化学学~E(WuliHuaxueXuebao1762ActaP．一Chim．Sin．2013，29(8)，1762—1770August[Article】doi：10．3866／PKU．WHXB20l306033www．whxb．pku．edu．Cl'l纳米结构表面上冷凝液滴的生长模式及部分润湿液滴的形成机制刘天庆孙玮李香琴孙相或艾宏儒(大连理工大学化工学院，辽宁大连116024)摘要：分析并计算了纳米结构表面上冷凝液滴按照不同途径长大的过程中液滴能量的增加速率，并以能量增加最小为判据来确定液滴的生长途径．结果表明，纳米结构内形成的冷凝液斑在初期

2、按接触角(CA)增加的模式生长时，其能量增加速率远低于其它模式，于是。初始液斑先按增大接触角、并保持底面积不变的模式生长，直至液滴达到前进角状态．此后，沿接触角增加的模式长大所导致的能量增加速率开始远高于其它生长模式，于是液滴三相线开始移动，底面积开始增加，但接触角保持不变．液滴所增加的底面积可以呈润湿或复合两种状态，分别形成Wenzel液滴及部分润湿液滴，前者的表观接触角一般小于160。，而后者则明显大于160。．液滴的生长模式及其润湿状态均与纳米结构参数密切相关，仅当纳米柱具有一定高度、且间距较小时，冷凝液滴才能呈现部分润湿状态．最后，本模型对纳

3、米结构表面上冷凝液滴润湿状态的计算结果与绝大部分实测结果相一致，准确率达到91。9％，明显高于已有公式的计算准确率．关键词：超疏水：纳米结构：冷凝；液滴：生长模式’9润湿状态：机理：模型中图分类号：0647GrowthModesOfCOndensatesonNanotexturedSurfacesandMechanismofPartiallyWettedDropletFormationLIUTian—QingSUNWeiLIXiang-QinSUNXiang-YuAIHong—Ru(SchoolofChemicalEngineering,Dalian

4、UniversityofTechnology,Dalian116024，LiaoningProvince，R．China)Abstract：Theenergyincreasingrate(EIR)ofacondenseddropletwasanalyzedduringitsgrowthinthreediferentmodes．ThelowestElRcorrespondingtooneofthethreewayswasusedasthecriteriontodeterminethemodeinwhichacondenseddropwilIincrea

5、seitsvolume．TheresultsshowthattheElRaccordingtothemodeofincreasingcontactangle(CA)ismuchsmallerthanthataccordingtothetwoothermodesduringthefirstperiodofgrowthofacondensatespotformedwithinananOstructure．ThismeansthatthedropwilIgrow，withCAincreasingbutthebasearearemainingconstant

6、，untiIacertainCA．Afterthis，theEIRaccordingtothemodeofCAincreasingbecomesmuchhigherthanthataccordingtothetwoothermodes．Thethree—phasecontactIineofthedropstartstoshiftandthebaseareabeginstoincreasewhiletheCAremainsconstant．Duringthissecondperiod．thestateofincreasedbaseareacanbewe

7、tted；i．e．，aWenze1．statedropletformswithanapparentCAIessthan160。．Incontrast．theexpandedbaseareacanbeinacompositestate：i．e．．apartiallywetteddropletformswithaCAgreaterthan160。．Thegrowthmodeanditswettedstateofacondenseddropletarestronglyrelatedtonanostructure．Partiallywe~edcondense

8、ddropscanappearonlyonsurfaceswithnanopillarsofacertain