Các khiếm khuyết cơ bản của mô hình sửa đổi bay hơi và tái cấu trúc động lực học góc tiếp xúc: nghiên cứu quan trọng dựa trên hiệu ứng ghép hình bề mặt

Tổng quan

Máy đo góc tiếp xúc là một trong những công cụ cốt lõi để nghiên cứu độ ẩm của giao diện rắn-lỏng. Tuy nhiên, các mô hình truyền thống điều chỉnh bay hơi góc tiếp xúc (như phương pháp bù âm lượng phụ thuộc thời gian Stuckrad) có những thiếu sót hệ thống trong các giả định cơ chế vật lý, khớp nối hình dạng bề mặt và dự đoán hành vi động. Bài viết này phân tích các vấn đề cơ bản với các mô hình điều chỉnh bay hơi, từ quy mô phân tử, quy mô trung gian đến quy mô vĩ mô, và xác minh kết hợp với dữ liệu thực nghiệm. Ngoài ra, chúng tôi đề xuất một loại dựa trên ADSA-RealDrop ® Phương trình Young-Laplace của công nghệ, điều chỉnh ảnh hưởng của hệ số hấp dẫn đối với thử nghiệm giọt đối xứng phi trục, giúp cải thiện độ chính xác của ứng dụng đo góc tiếp xúc trong sản xuất chính xác, vật liệu sinh học và năng lượng mới.

Từ khóa: Dụng cụ đo góc tiếp xúc, mô hình điều chỉnh bay hơi, động lực góc tiếp xúc, ADSA-RealDrop ®， Phương trình Young-Laplace, khớp nối hình dạng bề mặt

Giới thiệu: Lý thuyết tiến thoái lưỡng nan của mô hình điều chỉnh bay hơi

Đề xuất các mô hình sửa đổi động lực học bay hơi góc tiếp xúc, chẳng hạn như phương pháp bù thể tích phụ thuộc thời gian Stuckrad, nhằm giải quyết các lỗi đo góc tiếp xúc do thay đổi thể tích trong quá trình bay hơi giọt. Tuy nhiên, mô hình này có những thiếu sót mang tính hệ thống trong các giả định cơ chế vật lý, khớp nối hình dạng bề mặt và dự đoán hành vi động. Bài viết này tiết lộ những mâu thuẫn cơ bản của mô hình điều chỉnh bay hơi trong các chiều sau bằng cách xây dựng một khung lý thuyết làm ẩm bề mặt xuyên quy mô (từ hấp phụ phân tử đến hình dạng vĩ mô), kết hợp với các kỹ thuật phát hiện trường đa vật lý tại chỗ:

1. Sửa lỗi cho hệ thống bề mặt nhẵn của giọt nhỏ

2. Bỏ qua cơ chế ghép nối mô hình bốc hơi bề mặt

3. Nguyên tắc hoạt động của Thị trường cổ phiếu Nasdaq (

Nghiên cứu này sẽ cung cấp các mô hình lý thuyết mới và các tiêu chuẩn kỹ thuật cho các phép đo động lực học ướt bề mặt và tối ưu hóa độ chính xác của phép đo thông qua các cải tiến của máy đo góc tiếp xúc.

I. Tái cấu trúc lý thuyết đa quy mô của động lực bay hơi góc tiếp xúc

1. Quy mô phân tử: Điều chỉnh chế độ bay hơi của năng lượng hấp phụ bề mặt

Trong các giọt siêu nhỏ nâng cấp (0,1 μL) trên bề mặt nhẵn (Ra<10 nm), hành vi góc tiếp xúc bị chi phối bởi tiềm năng phân tử rắn-lỏng, phương trình tiềm năng Lennard-Jones được mô tả như sau:

$$E_{SL}(r) = \sum_i \left[ \frac{A_{SL}}{r_i^{12}} - \frac{B_{SL}}{r_i^6} \right]$$

Trong đó:

• $A_{SL}, B_{SL}$Tham số tiềm năng Lennard-Jones

• $r_i$Là khoảng cách giữa các phân tử lỏng và các nguyên tử bề mặt rắn

Thông qua mô phỏng động lực học phân tử, chúng tôi kết luận rằng:

• Khi năng lượng hấp phụ bề mặt kém tiêu chuẩn$\sigma(E_{SL}) < 0.1kT$Khi các giọt bay hơi theo chế độ CCA (dao động góc tiếp xúc<1 °)

• Khi$\sigma(E_{SL}) > 0.3kT$Khi đóng đinh cục bộ kích hoạt chế độ CCR

2. Kích thước trung gian: Khớp nối hình dạng bề mặt với động lực của đường tiếp xúc

Quan sát bằng kính hiển vi laser co-focus (độ phân giải 10nm) cho thấy:

• Bề mặt mảng Micro Post(Đường kính 5μm, chiều cao 2μm, khoảng cách 10μm):

• Các đường tiếp xúc được đóng đinh bởi đỉnh của cột vi mô và góc tiếp xúc giảm từ 152 ° xuống 138 ° trong quá trình bay hơi (chế độ CCR chiếm ưu thế)

• Mô hình sửa chữa dự đoán góc giảm chỉ 3 °, độ lệch đáng kể so với 14 ° thực tế

• Bề mặt rãnh nano(Chiều rộng 200nm, chiều sâu 50nm):

• Đường tiếp xúc di chuyển dị hướng theo hướng rãnh, thể hiện chế độ hỗn hợp

• Mô hình sửa chữa không thể giải quyết sự thay đổi góc tiếp xúc phụ thuộc hướng

3. Quy mô vĩ mô: Điều kiện quan trọng cho mối quan hệ cạnh tranh giữa lực hấp dẫn và sức căng bề mặt

Trường áp dụng để xác định mô hình điều chỉnh bay hơi được xác định bởi số Bond (Bo) kết hợp với số mao dẫn (Ca):

$$text{miền áp dụng}={(Bo, Ca)|Bo<0.1cap Ca<0.01}$$

Trong số đó,

$$Bo = \frac{\rho g R^2}{\gamma}, \quad Ca = \frac{\eta v}{\gamma}$$

Kiểm tra thực nghiệm cho thấy:

Dữ liệu cho thấy mô hình hiệu chỉnh không thành công ở chất lỏng có độ nhớt cao (Ca>0,001). Sử dụng ADSA - RealDrop ® Phương trình Young-Laplace của công nghệ để điều chỉnh ảnh hưởng của hệ số hấp dẫn đối với thử nghiệm giọt đối xứng không trục, do đó cải thiện độ chính xác của máy đo góc tiếp xúc.

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

1. Cơ chế vật lý đảo ngược: Đánh giá sai kết quả là nguyên nhân

2. Bỏ qua hiệu ứng ghép hình bề mặt

3. Đơn giản hóa quá mức cơ học đường tiếp xúc động

4. Sai lầm chồng chất tuyến tính của hiệu ứng ghép đa trường

5. Sự thất bại của hệ thống bay hơi cao

6. Sửa chữa quá mức của hệ thống giọt vi mô

7. Rủi ro gây hiểu lầm trong các kịch bản phát hiện công nghiệp

(Xem toàn bộ dữ liệu thí nghiệm và phân tích chi tiết)

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

Chúng tôi đã đề xuất một hệ phương trình điều khiển hình dạng-bay hơi-làm ướt (TER) hoàn toàn mới để nâng cao độ chính xác đo lường của máy đo góc tiếp xúc:

$$\begin{cases}\frac{\partial \theta}{\partial t} = D_{SL} \nabla^2 \theta + \alpha \frac{dV}{dt} + \beta \frac{dA_{rough}}{dt} \\frac{dA_{rough}}{dt} = k \cdot |\nabla R(x,y)| \cdot v_{contact line} \v_{contact line} = \frac{\gamma_{LV}}{\eta} (\cos\theta_Y - \cos\theta)\end{cases}$$

4, Kết luận: Kết thúc sửa chữa sai lầm, mở ra ẩm ướt khoa học kỷ nguyên mới

Nghiên cứu này chứng minh rằng các mô hình điều chỉnh bay hơi truyền thống là sai sót cơ bản về mặt lý thuyết và đề xuất một mô hình mới (TER) dựa trên khớp nối hình dạng bề mặt kết hợp ADSA-RealDrop ® Công nghệ tối ưu hóa phương trình Young-Laplace và nâng cao giá trị ứng dụng của máy đo góc tiếp xúc trong các phép đo có độ chính xác cao.