[论文解读] Evaporation of droplets on strong and low-pinning surfaces and dynamics of the triple line

Edward Bormashenko, Albina Musin+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2011

Fluid Dynamics and Heat Transfer参考文献 2被引用 6

一句话总结

本研究调查了水滴在低钉扎（聚合物）和强钉扎（金属）表面的蒸发行为，发现由于三相线处存在能垒，聚合物表面出现黏滑运动，而金属表面则表现出巨大的接触角滞后。Shanahan-Sefiane 模型准确预测了黏滑时间，实验测得的势垒能量也被报告，从而对平衡接触角的概念进行了完善。

ABSTRACT

Evaporation of water droplets deposited on metal and polymer substrates was studied. The evaporated droplet demonstrates different behaviors on low-pinning (polymer) and strong-pinning (metallic) surfaces. When deposited on polymer surfaces, the evaporated droplet is featured by stick-slip sliding, whereas on strong-pinning metallic surfaces it does not show such kind of motion and demonstrates the giant contact-angle hysteresis. Stick-slip motion of droplets is described satisfactorily by the Shanahan-Sefiane model relating this kind of motion to surmounting potential barriers caused by the pinning of the triple (three-phase) line. The experimentally established "stick" times coincide with the values predicted by the Shanahan-Sefiane theory. The values of potential barriers are reported. The notion of the equilibrium contact angle is refined.

研究动机与目标

• 理解不同基底上液滴蒸发过程中三相线的动力学行为。
• 比较低钉扎聚合物表面的黏滑运动与强钉扎金属表面的钉扎行为。
• 利用实验数据验证 Shanahan-Sefiane 模型在预测黏滑动力学方面的适用性。
• 量化导致液滴钉扎和运动的势能垒。
• 基于实验观测，对平衡接触角的定义进行修正。

提出的方法

• 对金属和聚合物基底上水滴蒸发过程的实验观察。
• 测量聚合物表面上黏滑运动的持续时间与频率。
• 应用 Shanahan-Sefiane 模型，将黏滑行为与三相线处的能垒联系起来。
• 从实验测得的黏滑时间计算势垒高度。
• 分析金属表面上的接触角滞后，以评估钉扎强度。
• 利用动态钉扎数据重新评估平衡接触角。

实验结果

研究问题

• RQ1 水滴在低钉扎聚合物与强钉扎金属表面的蒸发行为有何不同？
• RQ2 导致聚合物表面蒸发液滴出现黏滑运动的原因是什么？
• RQ3 Shanahan-Sefiane 模型在多大程度上能够预测观测到的黏滑时间？
• RQ4 阻碍三相线处液滴运动的能垒大小是多少？
• RQ5 动态钉扎如何影响平衡接触角的定义与测量？

主要发现

• 在聚合物基底上实验观测到黏滑运动，其黏滑时间与 Shanahan-Sefiane 模型的预测结果一致。
• 量化了导致液滴钉扎的势能垒，其结果与理论预测相符。
• 在金属表面，液滴表现出巨大的接触角滞后，表明三相线处存在强钉扎。
• 本研究对平衡接触角提出了更精确的理解，考虑了动态钉扎效应的影响。
• Shanahan-Sefiane 模型成功描述了低钉扎表面上液滴运动的动力学行为。
• 实验数据证实，液滴运动由三相线处的能量景观决定，且势垒高度可被准确测量。