Study on stability and electro-capillary peeling of moving contact line under electro-mechanical coupling

Abstract

&nbsp; &nbsp; &nbsp; 移动接触线是指两种互不相溶的流体在固体表面形成的移动三相接触区域，其内部三相物质之间的相互作用影响着整个流场的动力学特性。由于在绿色能源、柔性电子、生命健康和微纳化工等国家重大领域的重要应用和迅速发展，移动接触线在新的应用背景下发展了新的难题&mdash;力电耦合下多相流体、纳微颗粒等在微型装置、岩层和生物体等受限空间中的流动与输运特性成为限制这些重要领域发展的瓶颈难题。因此，亟需发展新方法和理论以探究力电耦合、流固耦合等多效应作用下的液-液界面动力学、固-液界面动力学及固-固界面动力学，以揭示力电耦合下移动接触线的动力学特性，为多物理场中&ldquo;Huh-Scriven佯谬&rdquo;探索解答，从而有效的控制移动接触线，以期对实际应用提供指导和预测。 &nbsp; &nbsp; &nbsp; 本文针对多相液体体系中移动接触线的力电耦合效应及电毛细剥离中移动接触线的动力学机理两个关键科学问题，采用物理力学方法，通过跨尺度实验研究与表界面物理力学理论分析相结合的方法开展研究，主要分为力电场下液-液界面的黏性失稳行为研究、固-固界面的毛细剥离动力学研究及电解效应下毛细剥离动力学研究三个部分。 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;首先，针对移动接触线的跨尺度特征，本文在课题组跨尺度物理力学研究平台的基础上建立了力电场下移动接触线的跨尺度研究平台，具备跨尺度制备、表征和分析的功能。利用力电场下移动接触线的跨尺度研究平台，开展了力电耦合作用下移动接触线的稳定性及剥离行为研究。 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;其次，针对液-液界面黏性失稳的有效控制这一难题，本文开展了力电耦合下黏性指进行为的主动调控研究，实现了电场下Maxwell应力对黏性指进行为的促进与抑制，建立了力电耦合下纳微流动中黏性指进行为的控制方程，揭示了电场下Maxwell应力与静水压强之间的竞争关系，为受限液体流动中液-液界面不稳定性的应用与调控开辟了新的途径。 &nbsp; &nbsp; &nbsp; 第三，针对力电场下液-固界面稳定性及毛细剥离动力学特性，本文通过对力电场下受限液体的毛细剥离动力学研究，提出了&ldquo;电毛细剥离&rdquo;的全新模式。该方法通过施加电场诱导液膜润湿界面结合层来实现薄膜的剥离，具有主动调控、无损、易实现及几乎适用所有类型薄膜的优点。电毛细剥离动力学研究为固-固界面的分离提供了新思路，为柔性材料的分离、转印及重复利用提供了新的途径。 &nbsp; &nbsp; &nbsp; 最后，为了厘清力电耦合多效应对电毛细剥离行为的影响，本文通过对电解效应下电毛细剥离动力学研究，厘清了电解效应下界面特性、润湿行为及剥离规律。在实验基础上，我们建立了电毛细剥离过程液滴铺展行为的润湿模型，揭示了电解效应对电解质液滴铺展过程钉扎力及铺展电压的影响关系，为实现快速、稳定的电毛细剥离提供理论支撑。 &nbsp; &nbsp; &nbsp; 综上所述，本文系统地研究了力电耦合场作用下移动接触线的稳定性及毛细剥离动力学行为，提出了纳微流动中黏性指进的主动调控方法、电毛细剥离的新概念，揭示了力电耦合多效应对电毛细剥离行为的影响，对深入理解多场耦合作用下移动接触线的动力学机理与现象规律具有重要意义，为受限液体流动与输运的主动调控提供了新的途径。</p