1044 / 2023-02-16 09:15:26

微液滴在锥形表面上的自驱动行为研究

锥形表面可无外界能量输入情况下，实现微粒油滴在水中的自发输送，在微流控、化工微反应器、水修复等领域具有巨大的应用潜力。然而，锥体上油滴的精确操纵仍然是一个严峻的挑战，因为锥体上油滴的动态行为机理尚不清晰。本文通过数值模拟定量研究了油滴在锥体上的动力学行为，系统分析了润湿性、顶角和液滴尺寸对液滴动力学行为的影响。结果表明：液滴在锥体上的移动速度和传输距离与锥体上的液滴形状高度相关;发现翻盖形液滴比桶形液滴移动得更快。此外，在顶角较小、接触角较小的锥体上，尺寸较大的翻盖状液滴往往获得更快的移动速度和更长的运输距离。锥体上采用的液滴形状由锥体润湿性和液滴相对于锥体局部曲率的大小决定。研究发现，油滴在锥体上倾向于形成亲油性高、顶角小的桶形，在锥体上倾向于形成蛤壳形，疏油性高、顶角大。此外，液滴从锥尖移动到锥底时，可能会从桶形过渡到翻盖形，并且传输的触发时间与锥体的接触角和顶角呈负相关。这项工作提供了对水下油滴在锥体上的动态行为的微观理解，并为操纵锥体上液滴的行为以及合理设计锥体表面以进行自发液滴传输和液滴收集提供了理论指导。