表面吸着層構造と接触線近傍流れのミクロ物理

表面吸附层结构与接触线附近流动的微观物理

基本信息

批准号：
18760124
负责人：
伊藤高啓
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760124/
关键词：
接触線接触角粒子画像流速測定法濡れ性分子動力学濡れ界面

项目摘要

本年度は分子動力学を用いた解析およびそれに基づいた接触角と接触線速度の関係を表すミクロ理論モデルの提案を行った。また、粒子画像流速測定(PIV)法を利用した可視化実験を行い、接触線近傍の流れ場の測定を行った。接触線近傍の速度分布は過去にHuh(1971)により理論的に求められているが、これを分子スケールに適用することにより、接触線の移動速度とミクロ接触角とを理論的に関連付けるモデルを提案した。このモデルではHuhの理論より求められる接触線近傍の速度分布を用いて壁面-流体間滑りによる摩擦力および流体内せん断力、圧力を求め、それらとQian(2003)が提案した接触線近傍のミクロ応力バランスとを組み合わせることにより接触角を求めるものである。分子動力学で得られた接触角と上記モデルで得られた値とはよく一致した。また、壁面近くの流体と壁面との相互作用が強く、壁面近傍の流体が結晶構造をなしている場合でも上記モデルは適用可能であることも示された。また、可視化実験では、水を用いた結果がHuhの理論モデルと一致しないことの原因を明らかにするため、表面張力の異なるさまざまな流体を用いて実験を行った。その結果、シリコンオイルを用いた実験はHuhの理論とよく一致した値を得た。一方、エチレングリコール及びジメチルスルホキシドを用いた実験は両者とも表面張力は水よりもかなり小さいにもかかわらず、Huhのモデルによる評価とは一致せず、水と同じ傾向を示した。この理由として、これら2流体はどちらも極性分子からなっており、ごく微量の界面活性効果を持つ不純物に起因するマランゴニカによって界面せん断が発生することによってHuhの理論値からずれた値を示すことが明らかになった。

今年，我们提出了使用分子动力学和一个微座模型的分析，该模型根据此分析表达了接触角和接触线性速度之间的关系。另外，使用粒子图像流速测量（PIV）方法进行可视化实验，并测量接触线附近的流场。过去，接触线附近的速度分布已由Huh（1971）在理论上确定，但是通过将其应用于分子尺度，我们提出了一个模型，理论上将接触线运动的速度与微接触角度相关联。在该模型中，摩擦力和流体内滑动，通过使用触点附近的速度分布来计算内部剪切力和压力，该速度分布由HUH的理论确定，并通过将这些速度与Qian提出的接触线附近的显微压力平衡结合来确定。在分子动力学中获得的接触角与上述模型中获得的值很好。还已经显示，即使壁表面附近的流体与壁表面具有很强的相互作用，并且壁表面附近的流体具有晶体结构，因此上述模型也适用。此外，在可视化实验中，使用具有不同表面张力的各种流体进行了实验，以阐明与Huh的理论模型不兼容的水结果的原因。结果，使用硅油的实验产生的值与Huh的理论非常吻合。另一方面，尽管两者的表面张力明显小于水的表面张力明显小，但使用乙二醇和二甲基亚氧化的实验表现出与水相同的趋势。这样做的原因是，这两种流体中的两种液体都是由极性分子制成的，并且已经发现界面剪切是由于杂质引起的，这是由于杂质引起的表面活性剂效应很少的杂质，从而导致值偏离了HUH的理论值。