关键词： 氟醚表面活性剂   甜菜碱型   表面张力   临界胶束浓度   PFOS替代品  

摘要： 甜菜碱型氟表面活性剂结合了两性表面活性剂和氟表面活性剂的优势,因此呈现出优越的性能,被应用于诸多领域.代表性化合物是PFOS-AB(全氟辛烷磺酸甜菜碱衍生物).2009年,全氟辛烷磺酸(PFOS)及其衍生物因负面的环境效应被《斯德哥尔摩公约》限制生产和使用.虽然替代品层出不穷,但目前为止市场上还未出现性能超越PFOS-AB,同时环境友好的产品.本工作合成了4个氟醚甜菜碱型表面活性剂,引入可降解含氟链段C361(R_(1)=CF_(3)CF_(2)CF_(2)OCHFCF_(2)SCH_(2)CH_(2-))和X2(R_(2)=CF_(3)OCF_(2)OCF_(2)CF_(2)OCHFCF_(2)SCH_(2)CH_(2-)).测试了它们在低浓度下的表面活性性能、铺展性能、泡沫性能以及润湿性能.结果显示,化合物D361-B(含两条R_(1)链的氟醚烷基甜菜碱衍生物)的表面活性性能超越了PFOS-AB;X2-B(含一条R_(2)链的氟醚烷基甜菜碱衍生物)和DX2-B(含两条R_(2)链的氟醚烷基甜菜碱衍生物)的表面活性性能超越了现有替代品6:2 FTAB(全氟己基乙基磺酸甜菜碱衍生物).化合物X2-B有较好的铺展性能和综合泡沫性能.本工作设计的新型氟醚甜菜碱型表面活性剂,通过双疏水链结构,提升了表面活性;同时引入可降解含氟链段,提升了环境友好性,有望成为新一代PFOS替代品.

关键词： 表面张力   粒子法   网格   等高线  

摘要： 针对移动粒子半隐式(MPS)方法在液体自由表面张力建模时粒子数量过大的问题，提出了一种粒子与网格耦合的自由表面张力建模方法，该方法仅对液相进行粒子离散，并对自由表面附近区域设置背景网格，根据网格与自由表面粒子的距离勾画出level-set函数的等高线，进行自由表面的曲率计算。对比了面积插值法和距离插值法对曲率由网格插值到粒子的准确性，结果表明距离插值法具有较高的计算精度。最后，通过静水池压力、液滴振荡和液滴融合3个基准算例验证了粒子与网格耦合的表面张力模型的准确性和稳定性。

关键词： 液滴   接触角   表面张力   小孔结构   数值模拟  

摘要： 微小液滴通过小孔的现象广泛出现在许多工程场合。为了实现应用场合中相关系统设计及优化,就需要了解液滴通过小孔时的变形及运动特性以及疏水性(亲水性)对液滴动力学特性的影响机制。为此,本文对单个液滴通过小孔的过程进行了数值模拟及相关实验研究,分析了接触角、表面张力、小孔结构参数等对液滴行为的影响规律,具体工作如下: (1)采用Fluent软件基于常规网格法对单个液滴通过小孔时的变形及运动特性进行了数值模拟,分析了疏水性(亲水性)及其他因素对液滴动态特性的影响。模拟结果表明接触角对液滴变形及运动有显著影响。当接触角θ≤30°时,液滴在上下衰减振荡过程中会发生破碎;θ≥150°时,液滴在孔口保持自身球形态;30°<θ<150°时,液滴会在小孔内进行衰减振荡,最终趋于稳定。表面张力对液滴变形也有显著影响。对于亲水性接触角,随着表面张力增大,液滴的振荡圆频率以及振荡达到稳定时的Z值(液滴轴线上最高点与最低点的距离,下同)逐渐增大,且液滴在振荡过程中沿小孔壁面扩散的现象越明显;与之相反的是,对于疏水性接触角,随着表面张力增大,液滴振荡达到稳定时的Z值逐渐减小。小孔的结构参数对液滴行为也有一定影响。对于圆形通孔结构,当小孔直径(或长度)不变时,随着小孔长度(或直径)的增大,液滴振荡圆频率逐渐减小,而液滴振荡衰减时间、稳定时的Z值则有所增加;对于锥形通孔结构,其特有的倾斜结构能够极大程度抑制液滴的上下衰减振荡,但会使未能进入锥孔的液滴沿平板壁面向四周铺展回缩。 (2)基于无网格格子Boltzmann方法,利用C++程序语言编制了二维大密度比伪势MRT-LBM模型的计算程序,并从热力学一致性、拉普拉斯定律、壁面润湿性等方面对模型进行了验证。在此基础上对不同接触角下液滴流经小孔时的动态过程进行了模拟,并与Fluent所得结果进行了比较。结果表明:采用LBM模型模拟所得到的液滴形态特征及振荡曲线都与Fluent结果吻合度较高,能够较为准确地模拟液滴在流经小孔时的运动状态。 (3)搭建显微摄像实验台,对多种接触角以及圆形通孔结构下液滴流经小孔的动态行为进行了实拍,以验证网格法及无网格法模拟结果的可靠性。实验结果表明模拟所得到的液滴通过小孔的运动行为与实验结果较为一致。在不同接触角下,对于液滴稳定后最低点处与平板上壁面之间的距离d,实验与仿真的平均误差分别为1.32%(Fluent)和4.48%(LBM)。在不同小孔结构下,实验和模拟所得到的d值的平均误差为1.13%。这表明网格法及无网格法模拟结果较为可靠,可以较好地揭示液滴变形及运动行为。

关键词： 银纳米流体   表面张力   激光三角法   光谱共焦法  

摘要： 银纳米流体作为新型高导热性材料,其表面张力的精准测量对揭示界面行为机理至关重要。为了研究分析银纳米流体液滴表面张力的测量方法,本文采用水平静置液滴剖面函数数学模型,主要从激光三角法、光谱共焦法和相机拍摄法三种测量方法对蒸馏水和银纳米流体液滴表面张力进行了测量研究,并通过搭建实验测量系统验证了激光三角法、光谱共焦法测量银纳米流体液滴表面张力的可行性。本文主要研究内容和结果如下: (1)采用水平静置液滴剖面函数数学模型,通过分析液滴二维轮廓与表面张力的关系,结合Nelder-Mead单纯性算法拟合水平静置液滴轮廓,反演模型中表面张力参数,进而得到银纳米流体液滴的表面张力。 (2)基于激光三角法测量原理,设计并搭建了水平静置银纳米流体液滴表面张力实验测量系统。本文通过直射式激光三角法的测量原理,并结合水平静置银纳米流体液滴的形貌特征搭建了实验测量系统。测量结果表明:测量得到的25℃蒸馏水液滴表面张力为72.04m N/m,相对误差为-0.14%;测量得到的0.5wt%银纳米流体液滴表面张力为69.80m N/m。 (3)基于光谱共焦法测量原理,设计并搭建了水平静置银纳米流体液滴表面张力实验测量系统。本文通过采用光纤耦合式光谱共焦法,针对银纳米流体液滴的静态二维轮廓检测需求搭建了相应的实验测量系统。测量结果表明:测量得到的25℃蒸馏水液滴表面张力为71.99m N/m,相对误差为-0.21%;测量得到的0.5wt%银纳米流体液滴表面张力为69.75m N/m。 (4)基于停滴法测量原理,利用相机拍摄,设计并搭建了水平静置银纳米流体液滴表面张力实验测量系统。本研究为了进一步对比激光三角法和光谱共焦法测量液滴表面张力的测量精度,搭建了相机拍摄法测量液滴表面张力的实验。测量结果表明:测量得到的25℃蒸馏水液滴表面张力为71.75m N/m,相对误差为-0.54%;测量得到的0.5wt%银纳米流体液滴表面张力为69.58m N/m。 (5)激光三角法、光谱共焦法和相机拍摄法的实验结果对比分析。本文通过研究对比本实验中所搭建的激光三角法、光谱共焦法和相机拍摄法三种测量方法的结果得出:激光三角法基于线激光扫描直接获取液滴轮廓数据,精度显著提升;光谱共焦法因位移平台振动误差,测量精度略低于激光三角法的测量精度;相机拍摄法测量精度受限于图像分辨率的影响,导致测量精度比其它两种方法较低。 综上,激光三角法和光谱共焦法均可用于银纳米流体液滴表面张力光学无损测量,为研究银纳米流体液滴表面张力提供了一种新思路。

关键词： 聚甘油-10脂肪酸酯   聚甘油-10油酸酯   表面张力   肤感评价  

摘要： 通过添加0.2%具有水包油乳化性能(HLB=10～14)的聚甘油-10脂肪酸酯到低黏(2 100～2 290 mPa·s)乳液中，通过稳定性、微观结构、表面张力、质地和肤感评价测试，结果表明，添加0.2%聚甘油-10脂肪酸酯的乳液稳定性增强；水包油胶束分布均匀，并且带直链结构的脂肪酸酯分散性更好；含聚甘油-10油酸酯、聚甘油-10肉豆蔻酸酯和聚甘油-10硬脂酸酯的乳液表面张力较低。通过黏度计和质构仪测试乳液质地发现，含聚甘油-10油酸酯乳液的粘性和拉丝长度均最小。从5个维度进行肤感评价，结果显示含聚甘油-10油酸酯乳液的肤感最佳。

关键词： Span-80   合成工艺   表面张力   乳化性能   溶液分析  

摘要： 以山梨醇和油酸为原料，自制命名为BNA的催化剂对Span-80乳化剂合成工艺进行改进，实现了醚化酯化反应连续进行，通过系统优化反应参数(酸醇比、温度、时间、催化剂用量)，成功制备了性能优异的Span-80产品。FT-IR结构表征证实产物具有标准Span-80分子结构。性能测试表明，该工艺制备的Span-80具有更低的临界胶束浓度和表面张力。

关键词： 助剂   噻虫嗪   水分散粒剂   豇豆   润湿性   表面自由能   表面张力  

摘要： 为筛选适用于豇豆的农药喷雾助剂,使药液在作物表面起到更好的铺展效果。首先用扫描电镜观察了豇豆叶片近、远轴面的叶片结构,然后通过测定接触角计算豇豆叶片的临界表面张力和表面自由能,最后测定了25%噻虫嗪水分散粒剂(thiamethoxam WG)与加入4种喷雾助剂后,不同浓度药液的表面张力以及液滴在豇豆叶片上的静态、动态接触角。结果表明:25%噻虫嗪水分散粒剂不同浓度稀释药液的表面张力均大于豇豆叶片的临界表面张力,表明该制剂本身不能在豇豆叶片上很好地润湿铺展;当药液1250倍稀释液分别加入助剂0.4%silwet stik、0.5%迈丝后,药液的表面张力分别为24.58 mN/m和31.07 mN/m,小于豇豆叶片的临界表面张力32.31 mN/m。该药液1250倍稀释液加入体积分数为0.5%助剂迈丝后,其动态接触角下降速率与其他3种助剂相比快,60 s后接触角为39.68°。因此在使用25%噻虫嗪水分散粒剂喷施豇豆叶片时,建议在稀释倍数为1250倍的药液中添加0.5%助剂迈丝,有助于药液在豇豆叶片上的润湿效果。

关键词： 喷墨打印机   网版印刷   印制电路板   绿色环保   表面张力   降低成本   存在弊端  

摘要： 0引言印制电路板(printed circuit board,PCB)的表面字符图形,正由网版印刷转向喷墨打印机实现喷墨工艺,且这一方式逐渐成为主流。字符喷墨工艺具有减少流程、操作简单方便、精度高、可降低成本、缩短生产周期、绿色环保等优势,但其也存在弊端。

关键词： 球磨法   微晶石墨超细粉   天然橡胶   分散性   表面张力  

摘要： 针对微晶石墨(MG)作为橡胶补强剂分散性差的问题,选用与石墨烯有相近表面张力的25%乙醇溶液作为球磨溶剂,通过球磨法制备出了中位粒径为1.209μm的MG超细粉,以其部分取代炭黑(CB)作为天然橡胶(NR)补强剂,得到了力学性能更优的NR/CB/MG复合材料.利用场发射扫描电镜(SEM)表征了MG和CB在NR基体中的分散情况,研究了MG粒径和取代量对NR/CB/MG复合材料性能的影响规律.结果表明,适量的MG可促进CB在NR基体中的分散、缩短NR/CB/MG复合材料的正硫化时间;MG的粒径越细,NR/CB/MG复合材料的力学性能越好,与NR/CB复合材料相比,其拉伸强度、撕裂强度、100%定伸应力和300%定伸应力分别提高6.3%、7.5%、8.4%和6.4%,疲劳温升和永久变形率分别降低2.5%和44.7%.

关键词： 表面张力   自制学具   实验创新  

摘要： 在自然界和日常生活中,液体表面张力现象比比皆是,但表面张力的成因是抽象的,不像弹力、摩擦力那样容易被学生感受和认知。在本节实际教学中,该文同时进行了实验创新和思维创新,将演示实验做成了分组实验,做到化静态为动态,引导学生自制教具反哺教学,将短暂现象延时且可重复演示,不断提升了学生物理学科核心素养。