利索能及
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专利号: 2021104163099
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种给定纳米柱表面PW‑Cassie液滴合并诱导弹跳的计算方法,包括以下步骤:(1)建立纳米柱表面PW‑Cassie液滴形状模型并计算相关参数:PW‑Cassie液滴形状并非规则的球缺形,更像是气球形,因此PW‑Cassie液滴的模型可以看作上半部分的球缺和下半部分的倒圆台组合,并且两者相切;以实验中较容易测得的液滴接触圆直径d、高度h、宽度b为三个基础参数,推导计算其他相关参数;

接触圆半径

球缺的半径

球缺的高

球缺的表面积

倒圆台的高

倒圆台的侧面积

同时,液滴的高度也可以写成根据公式(6)计算求解PW‑Cassie液滴接触角θ,而PW‑Cassie液滴的气‑液界面面积为(2)建立纳米柱表面PW‑Cassie液滴合并模型:纳米柱表面两个PW‑Cassie液滴合并过程,首先分析两个相同尺寸的液滴合并,并且PW‑Cassie液滴合并后形成Cassie液滴,合并前后保持体积和接触角不变;

(3)基于能量守恒定律,计算液滴合并弹跳:合并过程中释放过余的表面能转化为初始动能、表面粘附功以及液滴内部粘性耗散,由于液滴尺度小于毛细长度,可忽略重力的影响;

初始动能Ek用于判断液滴合并后是否弹跳,可以如下计算Ek=ΔEs‑ΔEw‑ΔEvis       (9)式中,ΔEs是合并液滴释放的表面能2

ΔEs=2γlvAlv‑2πγlv(1‑cosθ)R'    (10)式中,Alv是PW‑Cassie液滴的气‑液界面面积,并且出于方便,忽略固‑液和固‑气表面能;

液滴合并时消耗的表面粘附功ΔEw以及液滴内部粘性耗散ΔEvis式中,μ是水的粘度,ρ是水的密度,r是合并前PW‑Cassie液滴的等效半径,可以近似为液滴宽度的一半;

最终,两个相同尺寸PW‑Cassie液滴合并后的初始动能为当Ek>0时,表明液滴合并后仍然有多余的能量剩余,可以诱发弹跳现象;否则,液滴合并释放的表面能被液滴内部粘性耗散和表面粘附功消耗完,无法诱发液滴合并弹跳。