磁场作用下微柱阵列表面的浸润效应

摘要

通过对自然界各种奇特的生物表面的研究,研究者已经仿制出具有强黏附和超疏水性的仿生微柱阵列表面.为了进一步实现仿生表面的功能化,需要人工调控其表面性能的强弱.在已有的实验中,通过磁场,可以可逆调控磁颗粒修饰的微柱阵列表面的形貌,实现黏附、浸润性能调控.本文从理论方面,利用最小势能原理,建立了磁场与微柱变形的微分方程.经过二维理论模型和Surface Evolver数值模拟,证明了当微柱倾斜超过临界值时,三相接触线将发生移动,具体形式与液滴的固有接触角有关.以此为基础,利用改进的Cassie-Baxter方程,定量给出了随微柱倾角增加,浸润性能的改变趋势.并且发现液滴沿微柱倾斜方向的滚动能力,优于相反方向,并随着倾角增大,各向异性有进一步扩大的趋势.本文为实现表面性质可逆调控,液滴定向输运提供了理论基础,可指导仿生表面功能化的设计.