疏水表面液滴蒸发和接触角关系的研究

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1、DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofPowerEngineeringTHERESEARCHOFRELATIONSHIPBETWEENDROPLETSEVAPORATIONONTHEHYDROPHOBICSURFACEANDITSCONTACTANGLEbyGuoYuhongSupervisor:Prof.QiChengyingDecember2013ThisworksupportedbytheNat

2、ionalNaturalScienceFoundationofChina.No.51106041.万方数据原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：2013.11.20关于学位论文版权使用授权的说明

3、本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：2013.11.20导师签名：日期：2013.11.20万方数据摘要本文通过一系列对比实验，观测不同种类、不同体积的液滴在不同固体接触面上不同温度下的蒸

4、发过程。经过实验得到，液滴在不同接触面上蒸发时所表现出的动态特性各不相同，其中水滴在聚二甲基硅氧烷涂层表面表现出良好的不浸润性，静态接触角达到120°，因此聚二甲基硅氧烷涂层属于疏水材料。通过实验观测，水滴在聚二甲基硅氧烷表面蒸发过程主要分为两个阶段。第一阶段，固液接触直径保持不变，即固液接触面积保持恒定，接触角随蒸发的进行逐渐减小；第二阶段，当接触角减小至某一角度时，液滴形态发生突变，固液接触面积突然发生瞬间收缩，接触半径瞬间减小为某一值的时候接触角同时增大至某一值，此后固液接触面直径基本保持该值不

5、变，接触角再次随水滴的蒸发而减小，直至发生第二次突变以及以后各次突变现象。本文将这一阶段定义为水滴的锁定状态。水滴在聚二甲基硅氧烷涂层表面蒸发过程中存在数次锁定状态，而且第一次锁定状态持续时间基本占水滴的整个蒸发周期的70%。本文在实验的基础上通过理论分析、公式推导得出了临界接触角θ1与突变前固液接触半径r1、突变后固液接触半径r2之间的关系式与水滴在硅油表面蒸发过程的第一次锁定状态的质量流量与接触角之间的关系式。理论计算结果表明，两个关系式与水滴在二甲基硅油表面蒸发过程中的实验结果相吻合。本文进行了

6、水滴在聚二甲基硅氧烷疏水表面滞后阻力与接触角之间关系的实验研究，通过观测水滴在硅油倾斜表面上滚动前后接触角的变化，得到液滴需要克服的阻力为铺展功，水滴的动态前进角与后退角与各自的临界状态相比都有所减小。最后，本文总结表面自由能、表面张力、接触角之间关系，分析表面自由能对液滴形态与接触角的影响。得到结论：两相物体相接触时，表面自由能高的一相在表面张力的作用下有使其表面自由能接近低能一相或者与表面自由能低的一相趋于一致的趋势。关键词：聚二甲基硅氧烷疏水表面蒸发接触角滞后阻力表面自由能表面张力I万方数据AB

7、STRACTThroughaseriesofcomparativeexperiments，thisarticleobservethedifferentkindsandvolumeofthedropletsevaporationprocessonthedifferentcontactsurfaceunderthedifferenttemperature.Throughtheexperimentconclusion,thedynamiccharacteristicsofdropletsevaporatio

8、nprocessaredifferentonthedifferentcontactsurface.WaterdropletsonthePDMScoatingshowagoodhydrophobic.Thestaticcontactangleis120°.ThereforethePDMScoatingbelongstothehydrophobicmaterials.Therearetwostageduringthewaterdropletevaporati