于子恒 马春红 白少先

1) (浙江工业大学, 机械工程学院, 杭州 310023)

2) (浙江科技学院, 机械与能源工程学院, 杭州 310023)

基于固体边缘效应, 对碳化硅(SiC)表面激光加工圆环形沟槽的润湿特性进行实验研究, 通过分析去离子水在圆环槽上的润湿性能及其在边缘处的铺展行为, 获得了环槽深度与环槽宽度对液滴在边缘处最大表观接触角的影响规律.结果表明, SiC 圆环槽阻碍液滴铺展, 光滑基体表面上接触角为70°, 激光加工圆环槽深度为290 µm, 宽度为1 mm 时, 接触角可达138.5°.随槽深的增大, 接触角呈现先增大后趋于稳定的趋势,临界槽深为80 µm.当槽深小于该极值时, 接触角随槽深的增大而线性增大; 当槽深大于该极值时, 液滴处于稳定钉扎状态, 接触角趋于稳定, 其稳定值符合Gibbs 不等式.环槽宽度存在一临界值40 µm.当槽宽低于该值时,液滴接触环槽外缘后越过沟槽继续在平面上铺展; 当槽宽大于该值时, 接触角趋于稳定, 液滴沿边缘铺展.

1 引 言

表面几何边缘处, 存在液体在毛细力作用下也不能移动的钉扎现象, 这阻碍了液体的铺展, 使接触角增大, 形成固体边缘效应[1−3].基于边缘效应的研究表明[4−8], 通过合理的表面形貌设计, 可实现对表面液滴铺展的有效限制, 这一结果已广泛应用于微芯片组装的对准[9]、液滴失稳防护[10]、各向异性织构制备[11]、毛细管制备[12]及微流控装置的防漏[13]、机身表面冷凝除水[14]等场合, 也为轴承、密封等工程表面润滑流体的流失控制提供了潜在应用途径.

Gibbs 等……