谈谈液滴间不溶合现象

 一、什么是不溶合现象或许你有喝咖啡的习惯,会偶而目睹一些有趣的事情．当咖啡滴入壶中的时候,咖啡液滴落到液面,在与大量咖啡液溶合之前,它可保持１秒钟左右不变．这种同种液体的两部分之间短暂的不溶合现象既不是分离现象也不是一种只能在漏滴型咖啡壶中才可观察到的现象．早在１８７９年瑞利就描述过类似的现象,１９７８年Ｊ．Ｗａｌｋｅｒ称这种不溶合现象为科学的奇观．根据人们的日常经验,当同种液体的两部分接触时,会立即港合成单一的液体．如果两液滴起初被另一种与之不互溶的液体而非空气隔开,那么保持两个液滴状态的时间将延长,但是最终的结果仍是两个液滴溶合在一些．     

垂直激励液体表面液滴的存活时间研究

液滴滴落在垂直激励的液体表面,有可能会在表面停留很长时间.本文对该现象进行了实验研究,分析了多种因素对液滴存活时间的影响.结果发现:当驱动频率、驱动振幅、液滴滴落高度处于适当的值时,可以使得液滴存活较长的时间,并且液滴的存活时间会随着液体浓度的改变而改变.     

固体表面上流动膜沸腾与液滴蒸发机理研究的新进展

当单个液滴落在温度超过某一临界值的炽热固体表面上时,液滴会像弹性球一样跳跃,并伴随着液滴表面蒸发而滴径逐步缩小.这种现象由J.G.Leidenfrost在1756年所发现,是物理学上著名的“球化态”奇异现象,称为Leidenfrost现象.出现此现象的热表面临界温度则称为 Leidenfrost温度(LFT).不同液体在不同压力下和不同表面状况的LPT是不同的.常压下水在一般平整度的钢铁表面上的LFT大约为300℃.液滴大小不同时所呈现的Leidenfrost现象也会有差异.滴径较大的液滴撞击温度超过LFT的热表面时,将克服表面张力的制约而伸展成圆盘状,悬浮在炽热固体…     

关于油品起电现象的讨论

根据液体偶电层理论，在固-液相的接触面处存在着一个偶电层．如固相是玻璃的，则这个设想可以用图1表达．其中一种极性的电荷紧贴在固体表面上，这里是负电荷吸附在玻璃表面上，形成固定的负电荷层，层的厚度只有一个分子直径大小，带正电的离子散布在负电荷层附近，它可以扩散到离界面几十个分子直径的地方，形成带正电的扩散层．这层的正电荷容易移动．     

小液滴游动在燃烧的液面上

文献（1)介绍了打击水面产生水滴，井用水跃回法使这些水滴长期浮动在水面上的奇妙现象．该文中叙述的办法都是从外界产生水珠，溅落在水面上．笔者现在介绍一种液面自动产生液滴，并长期浮动在液面上的有趣现象．取一镍质增锅，倒入音容积的乙醇井点燃．一般乙醇火焰有20cm高，燃烧的火焰与液面之间有3cm高的乙醇蒸气层（图1所示）．燃烧一分钟后，仔细观察液而，就会发现有大员的、极细小的液滴游动在液面上．细小的液滴不断地产生，通过碰担这些小浪滴合并成大的液滴，很快就会有几颗直径达Zmm的大液珠长成．这些大颗的液滴寿命很长，只…     

流动聚焦型微流控体系中的液滴的图案化排列和转变模式

流体在微流通道中形成剪切流场(低雷诺数)．不同于宏观体系,由于剪切力和表面张力的竞争作用,产生的液滴在微尺度下的微流通道中形成特殊的排列现象---周期性类似“晶格”排列现象．设计了新型流动聚焦型微流控芯片,分析研究在微流体系中液滴周期性图案化排列和转变机理性,液滴排列模式受两方面因素影响：水油两相的流速比值和微通道尺寸．当微通道宽度为250或300 μm时,液滴形成单层分散,双层和单层挤压排列．当微通道宽度为350 μm 时,液滴会形成单层分散到三层排列到双层挤压最后到单层挤压排列．当出口通道宽度增加到400 μm时,甚至出现了液滴四层排列的现象．同时研究了各个液滴排列模式的“转变点”.     

溶液液滴蒸发变干的环状沉积

液体蒸发驱动的颗粒自组装现象在许多的工业技术中有重要应用. 本文利用显微镜观测含有颗粒物质的液滴变干后留在固体表面的颗粒形成的环状沉积图案. 采用微米粒径的SiO₂小球水溶液液滴蒸发变干模拟咖啡环的形成过程, 结果发现液滴蒸发过程中接触线的钉扎是环状沉积的必要条件. 在液滴蒸发过程中颗粒随着补偿流不断的向液滴边缘移动, 聚集在接触线处形成环. 液滴蒸发变干后残留在液滴内部的颗粒数随颗粒质量分数的增加而增加, 可以达到单层的颗粒排列. 而玻璃衬底上的颗粒环在颗粒质量分数很小时, 形成单层排列, 且一排一排地生长. 蒸发过程中颗粒环由于液滴边缘的尺寸限制向液滴中心缓慢移动. 这会导致液滴中不同大小颗粒的分离. 关键词： 液滴 接触线 蒸发 颗粒     

GaAs表面硫化学钝化,CH3CSNH2处理新探

应用同步辐射光电子谱（SRPES）和光致荧光（PL）方法探讨不同钝化条件对GaAs表面键合状态和电子态的影响．发现无论在酸性溶液或碱性溶液条件下，经过CH₃CSNH₂处理的GaAs表面S都与Ga和As成键，形成硫化物钝化层；钝化层形成后，PL谱的强度明显增强，表明GaAs表面复合中心的减少和缺陷态密度的降低 关键词：     

液体火箭有机凝胶喷雾液滴蒸发模型及仿真研究

凝胶推进剂虽然兼具有液体推进剂流量可控和固体推进剂长期可储存等优点, 但凝胶喷雾液滴蒸发燃烧问题却一直困扰着凝胶推进剂研制及燃烧室设计工作, 阻碍了凝胶推进剂实际工程应用.设计实现了凝胶单液滴蒸发燃烧实验系统, 通过某型有机凝胶偏二甲肼(UDMH)单液滴在四氧化二氮蒸气中的蒸发燃烧实验现象, 进一步深入分析了凝胶液滴蒸发燃烧机理.根据实验中凝胶单液滴在不同阶段的蒸发特性, 建立了有机凝胶喷雾液滴在胶凝剂膜形成、膨胀、破裂三个不同蒸发阶段的多组分蒸发模型, 采用初步选定的模型参数及物性参数对凝胶单液滴在高温气体环境中的蒸发全过程进行了仿真计算, 并与常规液体液滴的仿真结果进行了对比分析.结果表明,凝胶喷雾液滴表面胶凝剂含量在蒸发初期增加比较缓慢, 但在某临界时刻后的极短时间内迅速升高至形成胶凝剂膜的质量分数95%, 导致表面质量流率迅速下降至0,表面温度则快速上升至UDMH推进剂沸点.胶凝剂膜形成后, 液滴半径及表面UDMH蒸气质量分数出现了实验现象中凝胶液滴反复膨胀-破裂的震荡现象, 液滴表面温度维持在略高于沸点的某温度范围内,凝胶液滴内部的沸腾蒸发明显强于液体液滴表面稳态蒸发流率, 使得凝胶喷雾液滴生存时间小于常规液体液滴.     

蒸汽爆炸粗混合过程中的蒸发阻力模型

在蒸汽爆炸的粗混合过程中,由于液体的快速蒸发,高温金属液滴的周围会产生一层很薄的蒸汽膜,此时液滴周围的边界层流动与没有液体蒸发时有很大的不同,因此,常温情况下的小球在连续液体中运动时的通用阻力模型在这种情况下是不适用的．本文通过受力分析,考虑了高温小球受力的分布和表面蒸发对小球周围力的影响,从阻力的基本机理上分析了蒸发状态下小球的运动阻力,分别提出了高温颗粒穿过自由表面时与其在液体中运动时的蒸发阻力模型．分析表明,当小球温度高于2500 K,特别是在靠近自由表面的区域,由于小球表面液体蒸发而产生的蒸发阻力作用非常明显．分析指出,小球的入水初速、小球表面的液体蒸发速率以及汽膜厚度都是影响小球运动阻力大小的重要因素．     

微液滴在不同能量表面上润湿状态的分子动力学模拟

微小液滴在不同能量表面上的润湿状态对于准确预测非均相核化速率和揭示界面效应影响液滴增长微观机理具有重要意义. 通过分子动力学模拟, 研究了纳米级液滴在不同能量表面上的铺展过程和润湿形态. 结果表明, 固液界面自由能随固液作用强度增加而增加, 并呈现不同液滴铺展速率和润湿特性. 固液作用强度小于1.6的低能表面呈现疏水特征, 继续增强固液作用强度时表面变为亲水, 而固液作用强度大于3.5的高能表面上液体呈完全润湿特征. 受微尺度条件下非连续、非对称作用力影响, 微液滴气液界面存在明显波动, 呈现与宏观液滴不同的界面特征. 统计意义下, 微小液滴在不同能量表面上铺展后仍可以形成特定接触角, 该接触角随固液作用强度增加而线性减小, 模拟结果与经典润湿理论计算获得的结果呈现相似变化趋势. 模拟结果从分子尺度为核化理论中的毛细假设提供了理论支持, 揭示了液滴气液界面和接触角的波动现象, 为核化速率理论预测结果和实验测定结果之间的差异提供了定性解释.     

应变效应对金属Cu表面熔化影响的分子动力学模拟

采用Mishin镶嵌原子势，通过分子动力学方法模拟了金属Cu 的(110)表面在不同应变下的熔 化行为，分析了表面熔化过程中系统结构组态和能量的变化以及固液界面迁移情况.金属Cu 的(110)表面在低于热力学熔点的温度下发生预熔化，准液体层的厚度随温度升高而增加.当 温度高于热力学熔点时，固液界面的移动速度与温度成正比，外推得到热力学熔点为1380K ，与实验结果1358K吻合良好.应变效应（包括拉伸和压缩）导致热力学熔点降低，并促进表 面预熔化进程.在相同温度条件下，准液体层的厚度随应变绝对值的增加而增大.应变效应导 致的固相自由能增加是金属Cu(110)表面热稳定性下降的主要因素，且表面应力和应变方向 的异同也会影响表面预熔化的进程. 关键词： 表面预熔化 热力学熔点 表面应力 分子动力学     

毛细现象公式的导出

液体表面分子间的吸引力、液体表面的分子有一种使其面积缩成最小的力,或称一种抵抗表面积扩张的力,此力称“表面张力”．液体表面是指液体与空气或其他液体相接触的自由面．若不指明,即可认为相对于空气而言．表面张力的大小与接触面的物质有密切关系．此外,表面张力还与温度有关,温度越高,表面张力越小．表面张力的方向总是与液面相切,与分界线相垂直．若在液面作一长为L的直线,将液面分成两部分,这两部分之间的相互牵引力为F,即表面张力F=σL．其中σ为液体表面张力系数．单位为N/m．由于表面张力的作用,液滴表面有收缩到最小的趋势,而使液滴成近似球形的状态．     

微量离子控制富含芳香环材料表面的“咖啡环”效应

一滴咖啡蒸发后,会在液滴边缘形成一个比中间区域颜色深得多的暗环,这种不均匀沉积现象就是"咖啡环"效应[1]。无论是液滴中分散的颗粒胶体,还是分子或离子,在液体蒸发后都可能在固体表面形成类似于"咖啡环"的图案。"咖啡环"效应是一个与液滴蒸发密切相关的科学问题[2]。自从1997年Robert D.Deegan在Nature杂志发文阐述它的形成机理以来,"咖啡环"效应已受到国际社会广泛关注[3]。     

氧原子在银原子簇表面吸附重构的DFT研究

选取三层原子簇模型模拟Ａｇ（１１０）表面,采用量子化学的电子密度泛函方法（ＤＦＴ）研究了氧原子吸附在Ａｇ（１１０）表面而引起银天面的多种重构现象。通过计算体系结合能优化得到吸附后体系的表面几何构型,并给出了相关的电离能、电子跃迁能,计算表明：氧原子吸附在银原子长桥位上,位于银表面之上的０．４Ａ处,氧原子的吸附引起银原子表面强烈驰豫。第一、二层银原子间距扩张;第二、三层银原子间距收上于氧原子的吸附,第一层银原子出现丢失行现象,第二层银原子出现两成对现象,而第三层银原子出现弯曲现象。     

接触角滞后现象的理论分析

在本文的研究中，考虑表面粗糙的影响，通过引入附加“磨擦力”的概念，分别用力学方法和热力学方法导出固体表面上液滴平衡时接触角应满足的条件；并得到了液滴系统自由能－固液接触面积曲线；分析了前进接触角和后退接触角的物理意义；由此给出了接触角滞后现象的一种合理解释．这对于进一步认识接触角的滞后现象，无疑是有积极意义的．     

非晶态合金表面的水润湿动力学

采用分子动力学模拟方法研究了改进的Simple pointcharge模型SPC/E水滴在Cu_(50)Zr_(50)非晶薄膜上的润湿行为和铺展过程.通过与CuZr(110)和(100)晶面对比研究发现,水滴在Cu_(50)Zr_(50)非晶薄膜表面上表现出较高的铺展速度.水滴在非晶合金表面的铺展过程中形成了明显的吸附层;而在晶态表面,水滴铺展前沿呈脚状形态.分析结果表明非晶表面的水分子在吸附层内呈现完全无序的单层排列方式,而在晶态表面,特别是(100)晶面,吸附层水分子呈双层有序排列.这种吸附层结构的差异导致了吸附层内水分子方向的差异:非晶表面吸附层内水分子方向倾向平行于表面,而晶态基底上吸附层内的水分子倾向于指向液滴内部.由此造成了非晶表面吸附层中的水分子与液滴内部以相对较弱的氢键相互作用,这使得上层水分子能够较容易扩散至吸附层前沿,促进液滴铺展.     

金属Al表面熔化各向异性的分子动力学模拟

采用嵌入原子势,使用分子动力学方法对金属Al不同低指数晶面的表面熔化现象分别进行了模拟.分析了熔化过程中样品结构组态的变化.模拟结果表明对于不同的自由表面,表面熔化呈现出明显的各向异性行为.Al（110）面在低于熔点的温度之下发生预熔化;（111）与（001）面都出现过热现象.与（111）面不同,（001）面发生过热现象时表面原子层为类液层,而（111）面仍然保持很好的晶格结构,即预熔化的Al（001）面在高于熔点的温度下,仍可以在很长的时间内处于相对稳定的亚稳态.由模拟得到Al的热力学熔点为950 K左右,与实验值基本符合. 关键词： 分子动力学 表面熔化 过热     

温度对氨基苯甲酸在粗糙银表面上行为的影响

本文同时测定了当温度从－１９０℃上升到３０℃和从３０℃下降到－１９０℃对氨基苯甲酸（ｐ－Ａｍｉｎｏｂｅｎｚｏｉｃ Ａｃｉｄ，ＰＡＢＡ）和邻氨基苯甲酸（ｏ－Ａｍｉｎｄｂｅｎｚｏｉｎ Ａｃｉｄ，ＯＡＢＡ）在粗糙的银表面上的表面增强拉曼光谱的变化。结果表明，若吸附质表面拉曼光谱的增强主要表现为化学机理，且整个分子平躺在表面，则分子在表面上的取向不会随温度的变化而改变。而温度的变化会引起基于电磁场增强机理     

磁场对冷表面上结霜过程影响的实验研究

本文对磁性表面上结霜现象进行了初步的实验研究.实验观察发现,磁性表面上水滴的凝结、霜晶的形成过程和霜晶的形态与非磁性表面上的情况是完全不同的,在磁性表面上凝结形成的液滴较非磁性表面上形成的液滴粒径更小、分布更加均匀,霜层结构更松散,更容易被去除.文章最后从理论上分析了这种现象产生的原因.