限位下膠體液滴蒸發(fā)過(guò)程觀察與研究.pdf

1、在微重力環(huán)境下，流體會(huì)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(shí)驗(yàn)因有著特殊的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和稀缺的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，在進(jìn)行空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)前，要進(jìn)行大量細(xì)致的地基實(shí)驗(yàn)以確?？臻g實(shí)驗(yàn)的萬(wàn)無(wú)一失。返回式衛(wèi)星是實(shí)現(xiàn)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要實(shí)驗(yàn)手段。中國(guó)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(gè)有效載荷，其科學(xué)目標(biāo)為研究空間微重力下的膠體液滴蒸發(fā)過(guò)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(biāo)展開(kāi)了一系列地基實(shí)驗(yàn)。
　　

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(duì)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(guò)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(wú)浮力對(duì)流的空間環(huán)境，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了兩套模擬裝置，采用有限元分析計(jì)算裝置內(nèi)部流場(chǎng)分布情況，判斷是否達(dá)到模擬目標(biāo)。模擬裝置的主要工作原理是采用溫控的手段來(lái)抑制內(nèi)部空氣浮力對(duì)流。進(jìn)一步開(kāi)展了在模擬裝

3、置中限位液滴蒸發(fā)時(shí)間確定的實(shí)驗(yàn)。主要目的是為空間微重力實(shí)驗(yàn)確定有效蒸發(fā)時(shí)間，為確定空間實(shí)驗(yàn)流程中膠體液滴蒸發(fā)時(shí)間提供依據(jù)。最后，通過(guò)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(dòng)力學(xué)問(wèn)題。該實(shí)驗(yàn)是膠體液滴空間實(shí)驗(yàn)的地基實(shí)驗(yàn)，將與空間實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)蒸發(fā)過(guò)程中，粒子沉積圖案形成過(guò)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(dòng)粒子在液滴表面聚集，隨之沉積到液滴邊緣；隨著蒸發(fā)進(jìn)行，當(dāng)接觸