作者:赵亚溥等 来源:《流体力学期刊》 发布时间:2013-2-5 13:12:48
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微柱阵列表面润湿动力学研究获进展
 
近日,国际流体力学权威期刊《流体力学期刊》(Journal of Fluid Mechanics)发表了中科院力学所赵亚溥研究员课题组在微柱阵列亲液表面上的跨尺度润湿动力学的研究结果 (Yuan QZ and Zhao YP*. Multiscale dynamic wetting of a droplet on a lyophilic pillar-arrayed surface. Journal of Fluid Mechanics, 716: 171-188, 2013)。
 
亲液表面的动态润湿属于“移动接触线”问题,该研究团队的先期工作研究了光滑表面上(Phys. Rev. Lett., 104: 246101, 2010)和亲水内角处(Proc. Roy. Soc. A, 468: 310-322, 2012)的动态润湿。微柱阵列亲液表面通过表面拓扑结构可极大地提升润湿性能,是解决该应用领域瓶颈问题的突破口之一。因此,近年来广泛地应用于生物医药、微流控、芯片上的实验室等领域,用以控制流体输运和提高工作效率。研究微柱阵列表面上的动态润湿,需要研究在力-热-化学等多场耦合作用下,从原子尺度发展到连续尺度的三相接触区域的动力学过程,是一个典型的多场耦合、跨尺度的界面动力学问题。
 
袁泉子博士和赵亚溥研究员采用课题组自主研发的“跨尺度表面与界面物理力学研究实验平台”和“跨尺度模拟平台”,通过跨尺度实验、模拟和理论相结合、补充的方法,从原子层次到连续层次、定量地研究了液体在微柱阵列亲液表面的动态润湿过程,得到并验证了在两种极限状况下的标度关系:R~t1/3(粗糙表面)和R~t1/7(光滑表面)。在高倍显微观测下,接触线呈锯齿形铺展,铺展速度依赖于铺展方向,使得不同粗糙度上的流场呈现出特定的图案;然而,在低倍显微观测下,接触线以光滑、圆形扩展(图1、图2)。研究表明:在固体表面本征润湿性能和拓扑结构的共同作用下,结构表面为润湿提供过剩驱动功,同时也将部分液体钉扎在固体周围,使得接触线的移动保持着动态平衡,导致超润湿的发生,使得微柱阵列亲液表面成为超亲液表面。
 
该工作得到了国家自然科学基金、中科院装备研制项目和重点部署项目的支持。(来源:中科院力学所)
 
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