Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Động lực học của các cầu chất lỏng giữa một ống mao dẫn đang nâng lên và một bề mặt
Tóm tắt
Kỹ thuật vi/nhĩ nổi tạo ra các đặc trưng vi/nano trên bề mặt đang nổi lên như một kỹ thuật mới. Một phương pháp lithography dựa trên mao dẫn mới đã được phát triển để vượt qua những hạn chế (ví dụ: tiếp xúc trực tiếp với bề mặt) của các kỹ thuật lithography hiện có bao gồm lithography bút nhúng, lithography in dấu nano và lithography bằng chùm điện tử. Việc hiểu rõ về hành vi của cầu chất lỏng được hình thành giữa ống mao dẫn và bề mặt là điều cần thiết cho phương pháp lithography dựa trên mao dẫn gần đây đã được phát triển, phương pháp này không xâm phạm đến bề mặt. Một phương pháp phần tử biên phổ ba chiều đã được sử dụng và điều chỉnh để mô tả động lực học của cầu chất lỏng. Bắt đầu với hình dạng cầu chất lỏng ở trạng thái ổn định, biến dạng cầu tạm thời được tính toán khi ống mao dẫn được nâng lên khỏi bề mặt. Chuyển động của đường tiếp xúc ba pha trên bề mặt được xem xét. Kết quả tính toán được xác thực với các phát hiện thực nghiệm. Các ảnh hưởng của tốc độ nâng ống mao dẫn, các thuộc tính chất lỏng, và điều kiện trượt của đường tiếp xúc lên động lực học của cầu được điều tra. Chúng tôi kết luận qua các phép tính rằng với tốc độ nâng ống mao dẫn cao hơn, bán kính đường tiếp xúc trên bề mặt và bán kính cổ cầu giảm nhanh hơn; một giọt còn lại nhỏ hơn có xu hướng hình thành trên bề mặt nếu tỷ lệ độ nhớt (chất lỏng cầu so với môi trường xung quanh) lớn hơn hoặc bề mặt trơn trượt hơn với chất lỏng.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Ahn BY, Duoss EB, Motala MJ, Guo X, Park SI, Xiong Y, Yoon J, Nuzzo RG, Rogers JA, Lewis JA (2009) Omnidirectional printing of flexible, stretchable, and spanning silver microelectrodes. Science 323:1590–1593
Ambravaneswaran B, Basaran OA (1999) Effects of insoluble surfactants on the nonlinear deformation and breakup of stretching liquid bridges. Phys Fluids 11:997–1015
Bird RB, Stewart WE, Lightfoot EN (2001) Transport phenomena. Wiley, New York
Davis AMJ, Frenkel AL (1992) Cylindrical liquid bridges squeezed between parallel plates: exact Stokes flow solutions and hydrodynamic forces. Phys Fluids A 4:1105–1109
Dimitrakopoulos P, Higdon JJL (2003) On the displacement of fluid bridges from solid surfaces in viscous pressure-driven flow. Phys Fluids 15:3255–3258
Dodds S, Carvalho MD, Kumar S (2009) Stretching and slipping of liquid bridges near plates and cavities. Phys Fluids 21:092103
Eggers J, Dupont TF (1994) Drop formation in a one-dimensional approximation of the Navier–Stokes equation. J Fluid Mech 262:205–221
Gaudet S, McKinley GH, Stone HA (1996) Extensional deformation of Newtonian liquid bridges. Phys Fluids 8:2568–2579
Gillette RD, Dyson DC (1971) Stability of fluid interfaces of revolution between equal solid circular plates. Chem Eng 2:44–54
Hanna G, Barnes WJP (2007) Adhesion and detachment of the toe pads of tree frogs. J Exp Biol 155:103–125
Khan MA, Wang Y (2010) Droplet motion in a microconfined shear flow via a three-dimensional spectral boundary element method. Phys Fluids 22:123301
King BH, Dimos D, Yang P, Morissette SL (1999) Direct-write fabrication of integrated, multilayer ceramic components. J Electroceram 3:173–178
Liao YC, Franses EI, Basaran OA (2006) Deformation and breakup of a stretching liquid bridge covered with an insoluble surfactant monolayer. Phys Fluids 18:022101
Lowry BJ, Steen PH (1994) Stabilization of an axisymmetric liquid bridge by viscous flow. Int J Multiph Flow 20:439–443
Lutfurakhmanov A, Loken GK, Schulz DL, Akhatov IS (2010) Capillary-based liquid microdroplet deposition. Appl Phys Lett 97:124107
Mason G (1970) An experimental determination of the stable length of cylindrical liquid bubbles. J Colloid Interface Sci 32:172–176
Meseguer J, Sanz A (1985) Numerical and experimental study of the dynamics of axisymmetric slender liquid bridges. J Fluid Mech 153:83–101
Meseguer J, Espino JL, Perales JM, Laveron-Simavilla A (2003) On the breaking of long, axisymmetric liquid bridges between unequal supporting disks at minimum volume stability limit. Eur J Mech B/Fluids 22:355–368
Muldowney GP, Higdon JJL (1995) A spectral boundary element approach to three-dimensional Stokes flow. J Fluid Mech 298:167–192
Perales JM, Meseguer J, Martinez I (1991) Minimum volume stability limits for axisymmetric liquid bridges subject to steady axial acceleration. J Cryst Growth 110:855–861
Plateau J (1863) Annual report of the Board of Regents of the Smithsonian Institution. Government Printing Office, Washington
Pozrikidis C (1992) Boundary integral and singularity methods for linearized viscous flow. Cambridge University Press, New York
Qian B, Breuer KS (2011) The motion, stability and breakup of a stretching liquid bridge with a receding contact line. J Fluid Mech 666:554–572
Qian B, Loureiro M, Gagnon DA, Tripathi A, Breuer KS (2009) Micron-scale droplet deposition on a hydrophobic surface using a retreating syringe. Phys Rev Lett 102:164502
Qu X, Wang Y (2012) Dynamics of concentric and eccentric compound droplets suspended in extensional flows. Phys Fluids 24:123302
Rayleigh L (1878) On the instability of jets. Proc Lond Math Soc 10:4–12
Sanz A (1985) The influence of the outer bath in the dynamics of axisymmetric liquid bridges. J Fluid Mech 156:101–140
Slobozhanin LA, Alexander JID (1998) Combined effect of disk inequality and axial gravity on axisymmetric liquid bridge stability. Phys Fluids 10:2473–2487
Villanueva W, Sjodahl J, Stjernstrom M, Roeraade J, Amberg G (2007) Microdroplet deposition under a liquid medium. Langmuir 23:1171–1177
Vozzi G, Previti A, de Rossi D, Ahluwalia A (2002) Microsyringe-based deposition of two-dimensional and three-dimensional polymer scaffolds with a well-defined geometry for application to tissue engineering. Tissue Eng 8:1089–1098
Wang Y, Dimitrakopoulos P (2006) A three-dimensional spectral boundary element algorithm for interfacial dynamics in Stokes flow. Phys Fluids 18:082106
Wang Y, Dimitrakopoulos P (2012) Low-Reynolds-number droplet motion in a square microfluidic channel. Theor Comput Fluid Dyn 26:361–379
Yildirim OE, Basaran OA (2001) Deformation and breakup of stretching bridges of Newtonian and shear-thinning liquids: comparison of one- and two-dimensional models. Chem Eng Sci 56:211–233
Zhang X, Padgett RS, Basaran OA (1996) Nonlinear deformation and breakup of stretching liquid bridges. J Fluid Mech 329:207–245