《電彈性毛細動力學的實驗、理論和分子動力學模擬研究》是依託中國科學院力學研究所，由趙亞溥擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：電彈性毛細動力學的實驗、理論和分子動力學模擬研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙亞溥
- 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
電彈性毛細動力學結合電潤濕與彈性毛細，可在多尺度下實現彈性薄膜對液滴的包覆-解包覆的可控可逆控制，其在微/納器件三維加工、生物醫藥等領域有廣闊的套用前景。本課題擬結合實驗、理論與分子動力學模擬對電彈性毛細動力學展開三位一體的系統研究。實驗上，通過液滴動力學觀測實驗平台對電彈性毛細進行實時在位研究，分析彈性薄膜在電場控制下對液滴的包覆和解包覆過程，並研究此過程中涉及的曲率基底電潤濕、超疏水薄膜黏附性能以及液滴-薄膜流固耦合體系動力學特性。理論上，建立液滴-薄膜系統在電場力、表面張力及彈性力作用下的動態回響模型，並給出特徵尺度及特徵時間。分子動力學模擬方面，研究納米尺度電彈性毛細、電潤濕中原子運動細節，特別是電場作用下前驅膜的性質及前驅膜與彈性薄膜之間的相互作用。本項目旨在通過對多尺度、多物理場耦合的電彈性毛細機制進行研究，為認知其機理、推廣其套用奠定基礎。
結題摘要
從實驗、理論、分子動力學/第一原理模擬三方面研究了由本課題組提出的“電彈性毛細（EEC）”動力學問題。主要進展如下： （一）、在實驗上，首次通過電場力、毛細力與彈性力的共同作用，在國際上首次從實驗上實現了可控、可逆地包覆與釋放微小液滴的過程，並將其命名為“電彈性毛細 (EEC)”。結果發表在《英國皇家學會會刊A》，被美國《科學》和英國《新科學家》網站重點報導。法國J. Berthier教授的專著：“Micro-Drops and Digital Microfluidics (2nd Ed.), London: Elsevier (2013)”在第12章中重點介紹了該工作，“EEC”作為了該章的題目。 （二）、通過跨尺度實驗、模擬和理論相結合的方法，從原子層次到連續層次、定量地研究了液體在微柱陣列親液表面的動態潤濕過程，得到並驗證了在兩種極限狀況下的標度關係。研究表明：在固體表面本徵潤濕性能和拓撲結構的共同作用下，結構表面為潤濕提供過剩驅動功，同時也將部分液體釘扎在固體周圍，使得接觸線的移動保持著動態平衡，導致超潤濕的發生，使得微柱陣列親液表面成為超親液表面。相關結果發表在國際流體力學最權威期刊《流體力學雜誌（JFM）》上。 （三）、採用MD結合理論研究了“石墨烯-水”系統的電彈性毛細過程，發現由兩個前驅膜的相互競爭所引起的毛細波的產生、傳播和消失在電彈性毛細中起著重要的作用。從理論上推導出了毛細波的色散關係以及波速的表達式，與模擬統計得出的結果在一個數量級上。該方面的成果發表在Nature旗下《科學報告》上。 （四）、在國際上首次理論給出曲面電潤濕公式，提出曲率修正的電潤濕數。該部分研究結果被法國J. Berthier教授的專著：“Micro-Drops and Digital Microfluidics (2nd Ed.), London: Elsevier (2013)”作為第7章中的主要內容，我們論文的題目被Berthier教授的專著作為第7章的題目。 該項目出版專著一部（趙亞溥. 表面與界面物理力學. 北京：科學出版社, 2012），共發表 SCI期刊論文18篇，（其中，《流體力學雜誌（JFM）》一篇、《英國皇家學會會刊A》2篇，Nature旗下刊物《科學報告(Scientific Report)》2篇）。論文被國外學者大量引用，研究成果在國際上產生了重要影響。
