微納尺度下表面電荷對固液界面液體流動阻力影響的研究.pdf

1、近些年來，微納米技術逐漸成為了許多科學和技術人才的研究熱點。相對于宏觀尺度來說，微納米管尺寸的通道內(nèi)壁表面積與體積之間比例較大，因此，當液體在固體通道內(nèi)流動時，固體表面會對運動的液體產(chǎn)生一個阻力。于是，如何減小固液界面間的相對運動阻力，增大液體流速是一個重要的研究課題。
　　在微納尺度下，固液界面上的表面電荷和邊界滑移被認為是影響固液界面間相對運動阻力的兩個重要因素。本文以理論分析為基礎，輔以實驗分析的方法，較為全面系統(tǒng)的分析了表

2、面電荷、邊界滑移以及電粘度效應三者之間的相互影響機理，總結了表面電荷對固液界面間相對運動阻力的影響，為找到一種方法在微納尺度下提高液體流速提供了理論支持。
　　在以往的研究中，邊界滑移隨表面電荷密度的變化在研究電粘度效應的影響時常被忽略。本文首先建立了表面電荷密度與邊界滑移和電粘度效應對液體流動綜合影響的模型，并進行了仿真分析。研究結果表明表面電荷密度的減小會減弱電粘度效應，從而減小固液界面間的相對運動阻力，增大液體流速。同時，隨

3、表面電荷密度減小而增大的邊界滑移長度也增大了液體流速。然而，增大的邊界滑移長度同時又會增大電粘度效應，削弱了由表面電荷密度減小所帶來的流體增速。
　　本文其次建立了表面電荷密度與靜電場力關系的模型，并介紹一種基于AFM的表面電荷密度測量方法。然后，將自制的高硼硅酸鹽玻璃和十三烷基三氯硅烷（OTS）的表面浸入不同離子濃度的鹽溶液中，根據(jù)表面電荷密度與靜電力的關系模型，通過使用AF M測量所得到的靜電場力數(shù)據(jù)以及所求出的常用球體表面電

4、荷密度可以求得不同離子濃度的鹽溶液中OTS表面的表面電荷密度。實驗結果表明在鹽溶液中，玻璃表面以及OTS表面均帶有負電荷，且靜電力的大小隨分離距離的增加而衰減，離子濃度越大，衰減速度越快；并且，玻璃表面以及OTS表面的表面電荷密度隨離子濃度的增加而增大，為表面電荷對固液界面間液體流動阻力的影響提供了有力的實驗依據(jù)。
　　本文最后通過實驗測得OTS表面在不同離子濃度鹽溶液中邊界滑移長度的變化，OTS表面邊界滑移長度隨離子濃度的增大而

5、減小，實驗結果支持了邊界滑移長度隨表面電荷密度的增大而減小的理論。從而，找到了一種有效方法，可以通過減小離子濃度來增大邊界滑移的長度，從而減小固液界面間液體的流動阻力。
　　綜合以上理論及實驗分析結果，本文通過借助離子濃度來改變表面電荷，全面的討論了表面電荷、邊界滑移以及電粘度效應的綜合影響，認為在微納尺度下，表面電荷密度對固液界面間液體流動阻力有著極大的影響，因此，找到一種方法，減小表面電荷，可以大幅度的減小固液界面間液體的流動