2016年夏季南海海盆水体颗粒物粒径分布特征

颗粒物粒径分布（Particle Size Distribution,PSD）代表了颗粒物浓度与颗粒物粒径之间的关系,影响着海洋生态环境和水体光学特性等。文章基于2016年夏季航次调查的生物光学剖面数据,研究了南海海盆海域PSD的分布特征。研究发现,幂律函数可以较好地拟合南海海盆区域的PSD,对数空间中的实测的PSD与模拟的PSD平均决定系数高达0.95。PSD斜率（ξ）的分布范围为[1.27,7.65],均值为3.93±0.56。南海海盆区域表层水体的ξ均值与全球大洋表层水体的ξ均值相近,但高于海湾等表层水体的ξ均值。ξ能较好地表征颗粒物平均粒径DA的大小,两者存在明显负相关关系,即ξ值越高,DA越小;反之,DA越大。通过分析T1断面的生物光学剖面数据及总体平均的PSD剖面数据,发现PSD剖面分布特征如下:1)表层水体的ξ值相对较高,且DA值相对较低,推测可能是由于微微型藻类为主导颗粒物所致;2)ξ值极小值层出现在次表层叶绿素浓度极大值层（Subsurface Chlorophyll Maximum Layer,SCML）中,并伴随DA极大值层的出现,其原因可能是SCML中的大粒径浮游植物占比显著增加;3)弱光层中的ξ值较SCML中的高,但略低于表层的ξ值,而DA则位于表层与SCML的DA之间,这可能与浮游植物及其碎屑的絮凝、分解、沉降等过程相关。PSD特征影响着海水的固有光学特性,分析发现:由于SCML中的叶绿素浓度增加,颗粒物散射系数（bp（532））和颗粒物后向散射系数(bbp（532）)也相应呈现显著增加的趋势。弱光层中的平均bp（532）与平均bbp（532）最小。ξ与颗粒物衰减光谱斜率之间呈高分散性,Boss等（2001b）的模型适合用于粗略估算区域性的ξ分布范围及均值。国家自然科学基金(41576030,41431176,4176045,4176044,41376042);;热带海洋环境国家重点实验室自主研究项目(LTOZZ1602);;广州市科技计划重点项目(201504010034,201707020023,201607020041);;广东省科技计划重点项目(2016A020222008);;中科院A类先导专项(XDA11040302)~

Wetting and electrowetting on micro-grooved surfaces

具有微尺度凹槽结构的表面在自然界、工业产品领域广泛存在, 其在定向导水性、自清洁表面以及仿生材料等方面具有极其广泛的应用. 与一般粗糙表面不同, 具有凹槽结构的表面具有几何形貌的各向异性, 从而导致液滴润湿行为发生改变. 如何有效地解决表面结构的各向异性造成的润湿行为的差异已成为该领域研究重点之一. 但目前对于该种表面的系统性研究并未形成, 并且一些关键问题并未得到很好的解决. 该方面的相关研究亟待展开. 本文针对以上问题, 从实验和理论方面联合展开研究.从实验和理论角度分析了凹槽结构对于液滴接触角的影响, 并采用各向异性参数来进行表征. 文中假设钉扎力在三相接触线的运动过程中发挥作用, 由此推导得出接触角变化与各项异性参数的关系. 针对不同表面张力的液滴, 描述了其在凹槽基底上的铺展形貌, 并结合数学模型对表面张力较大的液滴给出了沿椭圆接触线接触角的计算模型. 并提出了表征各向异性润湿行为的表征接触角, 为相关的实验研究提供参考依据.针对不同溶液液滴对凹槽结构的响应, 分析了液滴在凹槽结构上的微观边界形貌以及液滴铺展过程中产生的液丝现象. 通过对比不同溶液的铺展情况, 研究了液丝形成所需条件. 并针对液丝铺展情况, 采用Washburn方程来进行拟合分析, 研究表明, 液丝的铺展遵循Washburn方程标度关系.从实验和理论上对凹槽基底上液滴的电润湿行为进行了分析, 采用倒模方法制备了超薄介电层, 并针对不同尺度的凹槽结构上的液滴电润湿现象进行了分析研究. 考虑进各向异性带来的差异, 对电润湿方程进行了推导, 并给出了修正形式的电润湿方程.

The dynamics of self-rotational droplet: New strategy for the design of liquid motor

&nbsp;&nbsp;当今社会向智能化、柔性化等方向纵深发展, 社会运作机制发生着深刻变革. 在国家高端智能制造、产业全面升级以及抢占科技前沿制高点的发展形势下, 作为制造业的核心&minus;马达的研究设计成为国家发展、科技强国的战略核心之一. 近些年设备柔性化、微纳尺度化等高速发展, 马达研究逐渐由固体向液体不断演化, 并引发了液体马达研究在世界范围内新一轮的崛起. 目前, 全球范围内, 各个研究机构基于不同机制, 开发和拓展出不同形式的液体马达及其应用场景. 在目前的研究机制中, 大多集中于外加电磁场, 或利用温度场/浓度场梯度以及生物活性粒子群体涌现行为等. 但这些机制在尺度、驱动速度、稳定性等方面具有明显的不足, 深入发展具有很大的局限性. 而液滴的自发运动及自发旋转在众多方面都表现出优异的性能, 为液体马达的设计提供了优异的载体. 因此, 本文从液滴动力学行为、界面物化诱导液滴自发旋转等现象出发, 对液滴的自发运动及旋转旋转现象进行了深入、系统性的研究, 为潜在的液体马达的设计提供了新的策略. &nbsp; 在本文中, 首先, 针对酸性液滴在液态金属表面上的自发运动行为进行了系统性的分析和研究, 对其不同的运动状态进行了类别划分, 明确了液滴自发平动和自发转动的实验条件范围. 并对液滴的自发运动行为进行了分析, 确定了其发生自发运动的机理, 并厘清了其内部的流场流动、内部气泡的运动与分布以及液滴边界波动等情况. &nbsp; 其次, 通过调控实验参数, 在实验中实现了液滴持续稳定的无外驱动自发旋转, 并对液滴在液态金属表面自发旋转的形成内在机制进行了分析, 提出了旋转形状形成的模型, 并通过实验进行了验证. 同时, 研究了实验参数对液滴自发运动及自发旋转等的影响, 确定了旋转周期及角速度的影响因素. 并对液滴的旋转行为进行了理论分析, 并给出了液滴旋转角速度的数量级估计、液滴发生旋转前后的转动惯量的变化, 以及液滴发生旋转的能量转化效率等, 为利用自旋液滴实现液体马达提供了实验及理论依据. &nbsp; 最后, 对液滴在液态金属表面呈现出的多瓣旋转及分裂现象进行了研究和分析. 实验中, 通过控制液滴的体积等参数实现了液滴的多瓣旋转和分裂, 包括四瓣、三瓣、两瓣旋转现象等. 实验中, 随着液滴体积的增大, 液滴从四瓣逐渐过渡到两瓣, 同时, 旋转周期也逐渐增大. 实验中, 同时对有注入管和无注入管的情形进行了对比, 并从理论上分析了这种现象的成因. 本文中发现的这种旋转与分裂现象不需要以往研究中需采用外部设备来驱动液滴旋转, 从而简化了液滴多瓣旋转的实现条件, 极大的提高了该类研究的普适性, 为物理学液滴旋转研究提供了新的途径, 并有望为制造步进液体马达提供参考依据. &nbsp; 综上所述, 本文中系统性的研究了物化反应体系下的液滴自发运动及自发旋转行为, 本文的工作对于深入理解液滴的自发运动现象、界面诱导机制等具有重要的意义, 并为液体马达、柔性设备驱动装置设计等提供了新的发展策略.</p

The effect of sharp solid edges on the droplet wettability

Understanding the role of pinning force in droplet dynamic wetting is of critical importance for surface science studies. Generally, the pinning force is only related to the surface tension and the change of contact angle. However, there is an obvious correlation between the pinning force and the surface geometry. In this paper, the relation between the surface geometry and contact line pinning was studied with systematical experiments and theoretical analysis. We compared the samples with different edge angles and carried out plenty experiments with different liquids. Meanwhile, the theoretical analysis and molecular simulation were carried out. The results show that the sharp edge has a strong pinning effect on the contact line and can significantly change the contact angle and wetting state of droplets. The maximum contact angle of droplet has a linear relation with the edge angle of substrate. The formula of pinning force was revised to consider the impact of surface topography. According to the relationship between surface defect and contact line, we proposed a model to classify the cases of contact line pinning for the first time. Our research will deepen the understanding of contact line pinning and provide help for potentially industrial production designs. (C) 2019 Elsevier Inc. All rights reserved

Realization of Self-Rotating Droplets Based on Liquid Metal

Owing to their fascinating characteristics, liquid metals (LMs) have attracted increasing attention from the scientific community, and are a potential material for various applications. A novel phenomenon is reported in which an acid droplet spontaneously rotates on the surface of an LM. The experimental results show that this phenomenon originates from the collective motion of bubbles generated by the chemical reactions between the droplet and the LM. The angular velocity of the droplet rotation is on the order of 10(1) rad s(-1), which is much higher than that driven by other mechanisms. Under different conditions, the period of the droplet differs, and it increases with the pH and radius of the acid droplet. The theoretical results indicate the dominant factors and the characterized angular velocity, which agree well with the experimental data. This phenomenon demonstrate that the general particles can also induce special spatial-temporal patterns, and opens up a new field for the application of LMs

Spontaneous Motion and Rotation of Acid Droplets on the Surface of a Liquid Metal

Self-propulsion of droplets is of great significance in many fields. The spontaneous horizontal motion and self-jumping of droplets have been well realized in various ways. However, there is still a lack of an effective method to enable a droplet to rotate spontaneously and steadily. In this paper, by employing an acid droplet and a liquid metal, the spontaneous and steady rotation of droplets is achieved. For an acid droplet, it may spontaneously move when it is deposited on the surface of the liquid metal. By adjusting experimental parameters to the proper range, the self-rotation of droplet happens. This phenomenon originates from the fluctuation of the droplet boundary and the collective movement of bubbles that are generated by the chemical reactions between the acid droplet and liquid metal. This rotation has a simpler implementation method and more steady rotation state. Its angular velocity is much higher than that driven by other mechanisms. Moreover, the movements of acid droplets on the liquid metal are classified according to experimental conditions. The internal flow fields, the movements and distribution of bubbles, and the fluctuation of the droplet boundary are also explored and discussed. The theoretical model describing the rotational droplet is given. Our work may deepen the understanding of the physical system transition affected by chemical reactions and provide a new way for the design of potential applications, e.g., micro- and nanodevices

Si-Sn合金精炼-定向凝固过程硅的分离和提纯

采用sn-si熔析体系，利用工业规模多晶硅铸锭炉通过控制温度梯度和热场上移速率进行定向凝固处理，研究硅锭的形貌特征、组织结构和提纯效果。结果表明：在定向凝固过程中析出了连续密实的硅晶，且晶体硅与金属熔析剂之间形成了平坦稳定的相界面，实现晶体硅与金属熔析剂的有效分离。晶体硅经过混酸酸洗后，总金属杂质含量由58.3×10^-6降低为7．6×10^-6，去除率可以达到87％；非金属P含量由50．12×10^-6。降低为8．48×10^-6，去除率大于80％。因此，Si-Sn合金精炼与定向凝固过程复合，解决了硅与金属熔析剂的有效分离问题，同时也实现了杂质的高效去除

Si-Sn合金精炼-定向凝固过程硅的分离和提纯

采用sn-si熔析体系，利用工业规模多晶硅铸锭炉通过控制温度梯度和热场上移速率进行定向凝固处理，研究硅锭的形貌特征、组织结构和提纯效果。结果表明：在定向凝固过程中析出了连续密实的硅晶，且晶体硅与金属熔析剂之间形成了平坦稳定的相界面，实现晶体硅与金属熔析剂的有效分离。晶体硅经过混酸酸洗后，总金属杂质含量由58.3×10^-6降低为7．6×10^-6，去除率可以达到87％；非金属P含量由50．12×10^-6。降低为8．48×10^-6，去除率大于80％。因此，Si-Sn合金精炼与定向凝固过程复合，解决了硅与金属熔析剂的有效分离问题，同时也实现了杂质的高效去除

Si-Sn 合金精炼-定向凝固过程硅的分离和提纯

采用sn-si熔析体系，利用工业规模多晶硅铸锭炉通过控制温度梯度和热场上移速率进行定向凝固处理，研究硅锭的形貌特征、组织结构和提纯效果。结果表明：在定向凝固过程中析出了连续密实的硅晶，且晶体硅与金属熔析剂之间形成了平坦稳定的相界面，实现晶体硅与金属熔析剂的有效分离。晶体硅经过混酸酸洗后，总金属杂质含量由58.3×10^-6降低为7．6×10^-6，去除率可以达到87％；非金属P含量由50．12×10^-6。降低为8．48×10^-6，去除率大于80％。因此，Si-Sn合金精炼与定向凝固过程复合，解决了硅与金属熔析剂的有效分离问题，同时也实现了杂质的高效去除