Основные недостатки модели коррекции испарения и реконструирование динамики контактного угла: критическое исследование на основе эффекта поверхностной морфологической связи

Обзор

Прибор для измерения угла контакта является одним из основных инструментов для изучения смачиваемости твердого - жидкого интерфейса. Однако традиционные модели коррекции испарения под углом соприкосновения (например, метод объемной компенсации временной зависимости Stuckrad) имеют системные недостатки в предположениях о физических механизмах, поверхностных морфологических связях и динамических поведенческих прогнозах. В этой статье анализируются фундаментальные проблемы модели коррекции испарения от молекулярного и мезомасштаба до макроуровня и проверяются в сочетании с экспериментальными данными. Кроме того, мы предложили модель, основанную на ADSA - RealDrop, ® Метод уравнения Young - Laplace, который исправляет влияние коэффициента гравитации на асимметричные капли, помогает повысить точность применения контактных угловых измерителей в точном производстве, биоматериалах и новых источниках энергии.

ключевое слово:: прибор для измерения угла контакта, модель коррекции испарения, динамика угла контакта, ADSA-RealDrop ®， Уравнение Young - Laplace, поверхностно - морфологическая связь

Введение: теоретическая дилемма испарительной коррекционной модели

Модели коррекции динамики испарения под углом соприкосновения (например, метод объемной компенсации временной зависимости Stuckrad) были предложены для устранения ошибок измерения угла соприкосновения, вызванных изменениями объема при испарении капель. Тем не менее, модель имеет системные недостатки в предположениях о физических механизмах, поверхностных морфологических связях и динамических поведенческих прогнозах. Построив теоретическую основу для межмасштабной увлажнения поверхности (от молекулярной адсорбции до макроскопической формы), эта статья в сочетании с технологией обнаружения исходных полифизических полей раскрывает фундаментальные противоречия модели коррекции испарения в следующих измерениях:

1. Ошибка коррекции системы гладкой поверхности малых капель

2. Игнорирование механизмов связи между поверхностной формой и испарительным режимом

3. Ошибка в определении происхождения запаздывания угла контакта (Hysteresis)

Это исследование предоставит новые теоретические парадигмы и технические стандарты для измерения динамики увлажнения поверхности и оптимизирует точность измерений за счет улучшения контактного угломера.

Многомасштабная теоретическая реконструкция динамики испарения под углом контакта

Молекулярный масштаб: регулирование испарительных режимов с помощью энергии поверхностной адсорбции

В субмикромодернизированных каплях с гладкой поверхностью (Ra < 10 нм) (0,1 мкл) поведение угла контакта определяется потенциалом действия твердых - жидких молекул, а уравнение потенциала Леннарда - Джонса описывается следующим образом:

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

В том числе:

• $A_{SL}, B_{SL}$Потенциальные параметры Lennard - Jones

• $р_и$Расстояние между молекулами жидкости и атомами твердой поверхности

С помощью молекулярно - динамического моделирования мы пришли к следующим выводам:

• Стандартная разность адсорбционной энергии поверхности$\сигма(E_{SL}) < 0,1 кТ$Когда капли испаряются в режиме CCA (колебание угла контакта < 1°)

• когда$\sigma(E_{SL}) > 0,3 кТ$Когда локальный гвоздь вызывает режим CCR

Интерметрический масштаб: связь между поверхностной формой и динамикой контактной линии

Наблюдения с помощью лазерного конфокального микроскопа (с разрешением 10 нм) показали:

• поверхность микроцилиндрической решетки(Диаметр 5 мкм, высота 2 мкм, интервал 10 мкм):

• Контактная линия закована в верхнюю часть микроколонны, угол контакта снижается со 152° до 138° во время испарения (преобладает режим CCR)

• Скорректированная модель прогнозирует снижение угла только на 3 ° и значительное отклонение от измеренного 14°

• Поверхность наноканавки(Ширина 200 нм, глубина 50 нм):

• Контактная линия движется анизотропией по канавке, показывая смешанный режим

• Модель коррекции не может анализировать изменение угла контакта зависимости от направления

Макроскопический масштаб: критические условия конкурентных отношений гравитации и поверхностного натяжения

Область применения, определяющая модель коррекции испарения, определяется числом Bond (Bo) и числом капилляров (Ca) совместно:

$$\ \ text {область применения} = \ \ {(Bo, Ca) \ Bo < 0.1 \ \ cap Ca < 0.01 \}$$

Из них,

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

Экспериментальная проверка показала:

Данные показывают, что исправленная модель выходит из строя при высокой вязкости жидкости (Ca > 0001). Поэтому необходимо использовать ADSA - RealDrop ® Метод уравнения Young - Laplace позволяет корректировать влияние гравитационного коэффициента на тест на несимметричные капли, тем самым повышая точность прибора для измерения угла контакта.

Семь дефектов испарительной коррекционной модели и экспериментальная подделка

1. Инверсия физического механизма: ошибочное определение результата как причины

2. Игнорирование эффекта поверхностной связи

3. Чрезмерное упрощение механики динамических контактных линий

4. Ошибка линейной суперпозиции эффекта мультиполевой связи

5. Отказ высоколетучей системы

6. Чрезмерная коррекция микрокапельной системы

7. Риск введения в заблуждение сценариев промышленного обнаружения

(Подробные экспериментальные данные и анализ см. в полной статье)

Революционная модель динамики поверхностной формы - испарительной связи

Мы предложили совершенно новую систему уравнений управления морфологией - испарением - увлажнением (TER) для повышения точности измерений контактного угломера:

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

IV. Вывод: конец исправленным ошибкам и начало новой эры увлажняющей науки

Это исследование доказывает фундаментальные теоретические недостатки традиционных моделей коррекции испарения и предлагает новую модель (TER), основанную на поверхностных морфологических связях, в сочетании с ADSA - RealDrop. ® Технология оптимизирует уравнение Young - Laplace и повышает прикладную ценность контактного угломера в высокоточных измерениях.