《微納結構表面上潤濕和電潤濕動力學的跨尺度研究》是依託中國科學院力學研究所，由袁泉子擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微納結構表面上潤濕和電潤濕動力學的跨尺度研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：袁泉子
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微納結構表面通過固體表面的拓撲特性，從原子尺度、微觀尺度到巨觀尺度上影響和控制液體在固體表面的動態潤濕和電潤濕行為，改變固體表面的潤濕性能。微納結構表面上的潤濕和電潤濕動力學是一個典型的多場耦合、跨尺度的界面動力學問題，具有重要的學術研究意義，也是生物醫藥、能源電池、航空航天等套用領域內可控輸運、提高效率的關鍵技術。本課題擬通過實驗研究、數值模擬和理論建模相互結合、相互補充的研究方法，對微納結構表面上的動態潤濕和電潤濕行為展開系統、深入、定量化的研究：在力-電-熱-化學等多場耦合環境中，定量地探索微納結構的拓撲特性、剛性/柔性結構、界面張力等性質對於潤濕和電潤濕動態過程的影響。期望通過本項目的開展，有助於進一步認識和理解液體在微納結構表面潤濕和電潤濕的動力學規律，揭示微納結構影響潤濕特性的物理機制，最佳化表面微納結構，預測和發現新的潤濕現象，為套用領域發展新的技術提供理論依據和設計指導。
結題摘要
微納結構表面通過固體表面的拓撲特性，改變固體潤濕性能，影響和控制液體在固體表面的潤濕和電潤濕行為。微納結構表面上潤濕和電潤濕動力學具有重要的學術研究意義，也是能源、生命、軍事等套用領域內可控潤濕、提高效率的關鍵技術。通過跨尺度實驗、模擬和理論相結合的方法，開展了系統、深入、定量化的研究，取得了如下研究成果： 1. 從原子層次到連續層次、定量地研究了剛性微柱陣列親液表面的動態潤濕過程。發展了同時考慮介觀尺度黏性阻力和微觀尺度分子摩擦兩種耗散機制的移動接觸線的新理論模型，發展了新的三維光學形貌測試法。揭示了粗糙表面超潤濕行為的規律和物理機制，得到了光滑/粗糙表面潤濕的標度關係。研究成果發表在國際流體力學權威刊物《流體力學 (J. Fluid Mech.)》、《流體物理 (Phys. Fluid.)》。國內外學者的高度評價：“從連續到原子層次洞悉了粗糙表面和液膜的固液相互作用”。 2. 從原子層次到連續層次、定量化地研究了柔性微柱陣列親液表面的動態潤濕過程，尤其是三相接觸線附近流固耦合的動力學行為，揭示了柔性和剛性微柱陣列表面潤濕的不同模式。在本徵潤濕性、表面拓撲和微柱彈性模量的共同作用下，液體潤濕微柱陣列，其流動顯示出各向異性。柔性微柱驅動並釘扎液體，液體流動和微柱變形相互耦合，導致了附加的能量耗散。研究成果發表在《自然 (Nature)》旗下刊物《科學報導 (Sci. Rep.)》。英國化學學會會士孫長慶教授在國際化學權威刊物《Coordin. Chem. Rev.》上發表文章，用四大段、重點引用本工作。 3. 針對電潤濕的基本難題：三相接觸線處的電荷分布奇異性問題、接觸角飽和現象、粗糙表面Cassie態向Wenzel態轉變。通過DFT、MD和MKT相結合的方法，從電子層次詳細研究了光滑和微柱陣列表面上電潤濕的平衡態、動態和電致相變行為，提出了納米尺度的電潤濕數，揭示了光滑和粗糙表面電潤濕的靜力學和動力學規律，從電子層次分析了電致相變的微觀機理。研究成果發表在《納米尺度 (Nanoscale)》2篇。 發表SCI期刊標註論文6篇，包括J. Fluid Mech.、Sci. Rep.、Nanoscale、Phys. Fluid.等。研究成果一經發表就獲得了國內外學者的關注和大量引用，在國際上產生了重要影響。項目執行期間，袁泉子副研究員獲得“國家自然科學二等獎”等獎勵。
