[发明专利]一种结构表面湿润状态转变压力的判断方法

说明书

本发明提供一种结构表面湿润状态转变压力的判断方法，基于随着固液湿润状态的改变，光入射微通道外部上表面后通过不同的介质，光程差会发生变化，从而导致干涉条纹发生变化的原理，分析干涉条纹变化，最终得到特定结构表面Cassie状态与Wenzel状态的转变压力。本发明的判断方法采用光干涉试验台即可实现，相比于传统的Conforcol Microscopy设备，光干涉试验台价格适中，精度较高，能够满足试验中状态转化的测量，容易推广应用。

技术领域

本发明属于微通道流体流动预测技术领域，尤其涉及一种结构表面湿润状态转变压力的判断方法。

背景技术

在微流动系统中，一方面，随着流体流过微通道流速的增加，流动过程中的阻力也会迅速增大，限制了管道内流速的增大，另一方面，调控微通道内的流动阻力对于控制通道内的流动过程具有重要意义，如提高微流动系统中的流速，能够实现微通道内物质的有效混合；对微流动系统中不同通道制备不同摩擦系数的表面，此时，当系统中流体流速不同时，流体会流过不同的管道，从而实现超过能够在同一微流动系统中实现不同的混合方式。因此，如何合理设计微通道从而实现通道内阻力控制对最终实现微通道功能多样化十分重要。

在微通道表面设计不同结构是控制微通道内阻力的有效方法，这是由于流体流过不同结构的表面时，会处于不同的润湿状态。即根据液体是否渗入粗糙固体表面的间隙，可以分为Wenzel和Cassie两种固液润湿状态，参见图1(a)、图1(b)，分别为Wenzel和Cassie两种固液润湿状态的示意图。当流体处于Cassie状态时，由于流固之间的作用面积减小，故固体对流体的力作用也减小，由此导致流体流过时阻力减小。不同表面结构对流动过程的阻力减小的效果不同。但是，考虑到Cassie状态中，固体缝隙中的气体会因为外部环境的改变而消失，即Cassie会随着外部环境的改变，如压力升高等，逐渐转化为Wenzel状态，此时，流动阻力会增大。因此，通过合理设计表面结构可以获得不同摩擦系数的表面，同时必须保证流体处于Cassie状态。因此，判断在某一表面流体从Cassie状态转化成Wenzel状态的临界压力，由此确定该结构表面的适用工况对于最终将结构表面应用到实际工程中是至关重要的。

目前对于Cassie与Wenzel的转换主要采用Conforcol Microscopy获得表面局部特征的方法，该方法虽然能够十分精确得获得液体在表面的分布情况，但是其需要Microscopy系统的支持，因此十分昂贵。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种结构表面湿润状态转变压力的判断方法，能够获取特定结构表面Cassie状态与Wenzel状态的转变压力。

一种结构表面湿润状态转变压力的判断方法，应用于内部下表面具有微结构的微通道，包括以下步骤：

根据入射激光的波长λ、待注入的流体折射率n以及微通道的尺寸，分别获取微通道三种理论工作模式对应的入射激光和反射激光在微通道内部上表面形成的干涉条纹的条纹级数k₀、k₁以及k₂；所述理论工作模式依次包括：微通道中未通入流体、微通道中的流体处于Wenzel状态以及处于Cassie状态；

分别将条纹级数k₁和k₂与条纹级数k₀作差，获取对应的第一差值△k₁和第二差值△k₂；

分别将第一差值△k₁和第二差值△k₂对2求模，获取对应的第一模值m₁和第二模值m₂；

将入射激光从所述微通道外部上表面入射微通道内部下表面，使得入射激光在微通道内部下表面形成反射激光；