磁场作用下纳米流体液滴蒸发及颗粒沉积图案的研究

摘要

固着液滴蒸发是生活中的常见现象，看似简单的过程包含了复杂的传热传质过程，液滴蒸发后悬浮粒子在底板上产生不同的沉积图案。液滴蒸发广泛存在于工业和生物界,国内外学者已就底板性质、温度、粒子形状等对液滴蒸发过程的影响进行了研究，而对于外加磁场对液滴蒸发过程的影响研究相对较少。 本文采用可视化测量手段，研究以去离子水为基液的四氧化三铁纳米流体液滴在不同磁场强度下蒸发过程，并观察液滴蒸发后粒子的沉积图案。粒子直径分别为10-30nm、50nm、100nm，不同直径粒子分别配制质量分数为0.1%、0.5%、1%的分散液，外加磁场方向平行于底板表面，磁场强度分别为0Gs（对照组）、15Gs、45Gs。蒸发过程中用DSA30拍摄记录不同浓度、不同粒径纳米流体液滴在不同磁场强度下蒸发的轮廓变化，蒸发结束后用IDS显微镜观察玻璃底板上的沉积图案并加以分析。主要结论如下： （1）不同粒径的四氧化三铁纳米流体分散中液颗粒分布与标示值基本一致，平均粒子直径与标示值较接近，经超声波细胞破碎仪震荡后仅有少量的粒子团聚。不同粒径、不同浓度的纳米流体分散液的表面张力均随着磁场强度的增加而增大。 （2）实验结果表明，分散液中所包含粒子的浓度、粒径以及外加磁场强度都会对液滴的蒸发产生影响，液滴蒸发过程接触线的变化均为三个阶段，即接触线铺展、接触线固定、接触线降低，但含有不同粒径、不同浓度的纳米流体液滴蒸发过程中，三个阶段所占的时间不同。与对照组相比外加磁场的存在均增加了液滴的蒸发时间。 （3）液滴蒸发后沉积图案受粒子的尺寸、浓度以及外加磁场强度等参数的影响，实验中大致可以分为四种沉积图案：咖啡圈内嵌中心均匀沉积、双环沉积、咖啡环沉积、平行磁场方向的链状沉积。外加磁场的存在改变了磁性Fe3O4颗粒之间的相互作用，增强了纳米颗粒沉积的均匀性，并且蒸发后粒子的沉积图案与磁场的施加方向密切相关。

目录

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第一章 前 言

1.1 研究背景及理论基础

1.2 纳米流体液滴蒸发研究进展

1.3 外加磁场对液滴蒸发的影响

1.4 主要研究内容

第二章 实验仪器、材料与方法

2.1 分段电磁场结构

2.2 可视化光学系统

2.3 纳米流体的制备

2.4 纳米流体分散液均匀性检测

2.5 底板的处理

2.6 纳米流体表面张力的实验研究

2.7 磁场强度分布

2.8 实验步骤及注意事项

2.9 本章小结

第三章 液滴蒸发过程的实验研究

3.1 不同粒径不同浓度纳米流体液滴蒸发

3.2 粒子直径对液滴蒸发的影响

3.3 本章小结

第四章 磁场对纳米流体液滴蒸发的影响

4.1 不同磁场强度对纳米流体（粒径10-30nm）液滴蒸发影响

4.2 不同磁场强度对纳米流体（粒径50nm）液滴蒸发影响

4.3 不同磁场强度对纳米流体（粒径100nm）液滴蒸发影响

4.4 液滴蒸发时间及高度的变化

4.5 不同浓度和不同磁场强度下粒子沉积图案

4.6 结果与讨论

4.7 结论

第五章 结论与展望

5.1 工作总结

5.2 展望与建议

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

致谢