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专利号: 2021104163101
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液滴轮廓获取方法,包括以下步骤:(1)建立给定纳米柱表面PW‑Cassie孤立液滴的模型:根据冷凝实验的图像可知,PW‑Cassie液滴的形态并且标准的球缺形,而更像是气球形;据此建立PW‑Cassie孤立液滴的理论模型,由上半部分的球缺和下半部分的倒圆台组合而成;由于液滴形状为轴对称图形,为方便计算,考虑液滴轮廓的一半,并且将其绕原点旋转90°;u轴为液滴高度方向的对称轴,v轴为液滴基底方向,rb是接触圆半径,l是倒圆台的母线长,R是球缺部分的半径,h1、h2分别是倒圆台和球缺的高,h是液滴的总高;对于给定的纳米柱表面,纳米柱边长x,间距y,高度z,根据young’s方程确定给定表面上的平衡接触角式中,γsl、γsv、γlv为别是固‑液、固‑气、液‑气表面张力,r是纳米柱表面的粗糙度,用纳米柱总表面积和投影面积的比值计算(2)基于PW‑Cassie液滴模型计算液滴几何参数之间的关系:对于PW‑Cassie液滴模型,以接触圆半径rb、接触角θ、母线l为三个基础参数,液滴的其他参数由此推导;

倒圆台的高

球缺的半径

球缺的高

倒圆台部分的体积

球缺部分的体积

则PW‑Cassie液滴的总体积

(3)计算并绘制PW‑Cassie液滴轮廓:根据PW‑Cassie液滴的理论模型和推导的参数,给出液滴的函数解析式根据公式(8),给定液滴体积、接触圆半径、接触角计算出母线长,代入公式(9)就可以根据函数表达式绘制PW‑Cassie液滴的轮廓;

(4)估算冷凝实验图像中PW‑Cassie液滴的接触角和体积;

冷凝实验过程中,可以用环境扫描电子显微镜(ESEM)或者CCD高速相机拍摄液滴图像,但是冷凝液滴的接触角和体积无法直接并且较难获得;基于液滴轮廓模型和计算方法,可以从图像上较容易测得的液滴高度h、宽度b、接触圆直径d这三个参数,进一步估算液滴的接触角和体积;以高度h、宽度b、接触圆直径d为基础参数,其他参数在此基础上推导;接触圆半径球缺的半径

球缺的高

球缺部分的体积

倒圆台的高

倒圆台部分体积

同时,液滴的高度写成

则PW‑Cassie液滴的总体积

因此,根据公式(16)可以求解计算出PW‑Cassie液滴接触角θ,在获得接触角的基础上根据公式(17)估算PW‑Cassie液滴的体积。