粗糙基底上纳米液滴蒸发的研究

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当周围环境蒸汽压处于不饱和状态时,液滴便会蒸发,这种常见的现象在工业方面有着广泛的应用,例如:冷却、印刷、清洁和涂层等。近年来由于其在技术以及医学领域的新应用(例如:喷墨印刷、DNA分子的拉伸和DNA映射等)而变得更加炙手可热。目前对于宏观以及介观尺寸液滴蒸发的研究已经比较成熟,但是有关纳米尺寸液滴的研究仍旧匮乏,因此为了更好的应用液滴的蒸发,有必要将液滴的大小拓展到纳米尺寸。本文首先介绍了与固体表面润湿相关的概念以及基础知识,并针对不同类型的固体表面分别给出相应的润湿方程;然后介绍了目前有关固着液滴(sessile droplet)蒸发的一些研究热点,例如:液滴的蒸发模式;“咖啡环效应”的形成机制以及影响因素。第四章介绍了本文的主要工作,采用分子动力学模拟的方法,模拟纳米液滴在不同亲水性强度的光滑和粗糙基底上的蒸发过程,探究基底表面粗糙度对纳米液滴蒸发的影响。文中将固体基底分为亲水性和疏水性两大类,并且分别对两类基底增加一定的粗糙度,然后与光滑基底上纳米液滴的蒸发作比较,结果发现:基底增加粗糙度之后,原来的亲水性基底会变得更加亲水,其上液滴的蒸发被加快,液滴形变加剧;而疏水性基底则会变得更加疏水,其上液滴的蒸发被抑制,液滴形变削弱。这与我们模拟过程中所观察到的现象也很好的符合。另外,基底粗糙度对于液滴蒸发模式也有一定的影响,对于光滑基底,液滴蒸发遵循常接触角模式,而粗糙度的加入使原本光滑基底上常接触角模式的蒸发过程变为混合模式,而且没有接触线的“钉扎”和“去钉扎”效应的出现。
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