限位下膠體液滴蒸發(fā)過程觀察與研究.pdf

1、在微重力環(huán)境下，流體會表現(xiàn)出與地面不一樣的物理特性，并且由于空間微重力實驗因有著特殊的實驗環(huán)境和稀缺的實驗機會，在進行空間科學(xué)實驗前，要進行大量細致的地基實驗以確?？臻g實驗的萬無一失。返回式衛(wèi)星是實現(xiàn)空間科學(xué)實驗的重要實驗手段。中國SJ-10返回式衛(wèi)星即將在2015年發(fā)射，其中膠體材料箱為其搭載的一個有效載荷，其科學(xué)目標為研究空間微重力下的膠體液滴蒸發(fā)過程中的膠體自組裝及相變行為。本文圍繞著相關(guān)科學(xué)目標展開了一系列地基實驗。
　　

2、本研究首先制備了一種特殊的限定親水區(qū)域基片，該基片能夠?qū)崿F(xiàn)對蒸發(fā)液滴的物理限定作用，使液滴蒸發(fā)狀態(tài)區(qū)別于在單一親水或疏水上的自由邊界狀態(tài)。液滴蒸發(fā)過程中接觸半徑不變，表觀接觸角發(fā)生了從超疏水到超親水的非線性連續(xù)變化。其次，為了在地基模擬膠體液滴蒸發(fā)無浮力對流的空間環(huán)境，本實驗設(shè)計了兩套模擬裝置，采用有限元分析計算裝置內(nèi)部流場分布情況，判斷是否達到模擬目標。模擬裝置的主要工作原理是采用溫控的手段來抑制內(nèi)部空氣浮力對流。進一步開展了在模擬裝

3、置中限位液滴蒸發(fā)時間確定的實驗。主要目的是為空間微重力實驗確定有效蒸發(fā)時間，為確定空間實驗流程中膠體液滴蒸發(fā)時間提供依據(jù)。最后，通過原位觀察手段，研究了基片親/疏水限位作用下液滴蒸發(fā)中膠體顆粒的沉積動力學(xué)問題。該實驗是膠體液滴空間實驗的地基實驗，將與空間實驗進行對比。實驗發(fā)現(xiàn)，在整個蒸發(fā)過程中，粒子沉積圖案形成過程由三種流體行為控制，最初，Marangoni效應(yīng)占主導(dǎo)作用，驅(qū)動粒子在液滴表面聚集，隨之沉積到液滴邊緣；隨著蒸發(fā)進行，當接觸