通过部分封闭铁磁流体来测量从疏水性表面分离液滴的力

　　Langmuir：通过部分封闭铁磁流体来测量从疏水性表面分离液滴的力
　　DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c00532 本文提出了一种新的方法来测量从疏水性表面分离水滴（极性液体）所需的力。这是通过用高表面张力油基铁磁流体部分掩盖液滴，并使用磁体对所得化合物液滴施加可控的体力来完成的。将组件放置在敏感的刻度上，然后磁铁就可以靠近液滴使其与表面分离，同时记录施加到液滴上的力。本文介绍的工作是创新型的，因为它使用了部分掩盖的概念，其中固体-液滴接触区域不受铁磁流体的污染（并且测得的力不需要后处理）。该研究与数值模拟相结合，其目的在于增进研究者对在强（分离）体力作用下两相液滴中界面力之间相互作用的理解，并为深入分析纳米粒子提供了更多数据。特别是，针对不同表面张力的铁磁流体，计算了从疏水性表面成功分离水滴所需的最小铁磁流体体积，并将其与电纺聚苯乙烯涂层分离水滴的实验数据进行了比较。研究表明，通过部分掩盖测量的分离力与用于实验的铁磁流体的体积无关。
　　图1：（a）中给出了嵌套、部分隐蔽和完全隐蔽配置中悬垂复合液滴的示意图。实验装置如图（b）所示。
　　图2：（a）中显示了将油基铁磁流体（体积为0.6 µL）添加到悬垂的水滴（体积为3 µL）中并将所得的化合物液滴从电纺PS表面分离的过程。在（b）中显示了在分离实验期间通过标尺记录的力的示例。
　　图3：通过向体积为3 µL的水滴中添加不同量的铁磁流体而产生的实验性液滴和计算性化合物液滴的并排比较。蓝色、红色和绿色分别代表水-空气、铁磁流体-空气和水-铁磁流体的界面。
　　图4：（a）中显示了铁磁流体体积不足以进行液滴分离的失败实验，（b）中显示了其力记录。化合物液滴分离力与铁磁流体体积比的关系如（c）所示。通过部分掩盖（d）中不同体积的水滴来测量每单位质量水滴的分离力（N/kg）。
　　图5：（a）至（d）中给出了针对不同铁磁流体体积比，在重力和磁力影响下的部分隐蔽水滴形状的模拟结果。水滴的体积为3 µL，并与固体表面保持120°的YLCA。对于具有不同铁磁流体体积比的复合液滴，在（e）中给出了临界力和重力的模拟结果。
　　图6：（a）中给出的自由体图显示了作用在与固体表面接触的部分掩蔽水上的力。（b）中显示了两种不同的方式描述作用在铁磁流体斗篷上的力。对于具有不同铁磁流体体积比的复合液滴（起点代表化合物液滴的重量），分别在（c）和（d）中显示了在增强的体力作用下，水-固（对于水滴）和水-铁磁流体（对于铁磁流体液滴）界面的压力和基径。
　　图7：水和铁磁流体之间的接触角，在两种不同铁磁流体体积比的复合液滴体力增强的影响下显示。还给出了水和铁磁流体液滴的表观接触角和相对于水平测量以进行比较。水滴体积和YLCA分别为3 µL和120°。
　　图8：计算了具有不同铁磁流体体积比的复合液滴对水和铁磁流体的作用力分量。图（a）是复合液滴在重力影响下的情况，图（b）是水滴在重力影响下的情况，（c）是铁磁流体液滴处于临界时刻的情况。水滴的体积为3 µL，表面的YLCA为120°。
　　图9：绘制了成功分离水滴所需的最小铁磁流体体积比与不同铁磁流体表面张力和表面YLCAs的水滴体积的关系。阴影区域的上下边界的表面张力分别为24和32 mN/m。
　　图10：（a）中给出了针对不同水滴体积和YLCAs的纯、部分隐蔽水滴的模拟分离力之间的比较。如左插图所示的液滴，θYL=120和VW=5μL，如右插图所示的液滴，θYL=110和VW=7μL。当YLCAs为110°和120°时，在水-固界面处的水滴压力与水滴体积的关系如（b）所示。插图显示了在有或没有铁磁流体斗篷的情况下，一个体积为7μL、YLCA为110°的水滴内的压力等值线。 链接地址：http://www.espun.cn/News/Detail/43331
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