Динамика испарения тонкой капли методом интерферометрии с анализом изображений

Капля воды с интерференционными полосами.	Профиль капли, полученный методами интерферометрии.

Исследование и выявление особенностей испарения тонких капель на топографически модифицированных поверхностях необходимы для микрофлюидики, охлаждения микроэлектроники и изготовления наноструктурированных поверхностей. В данной работе исследована динамика испарения капли воды с начальным объемом 2 мкл на поверхностях с различным краевым углом смачивания. Использовались стекла, покрытые фторполимерной пленкой с различным краевым углом смачивания. Была применена теневая методика и метод интерферометрии с анализом изображений для измерения толщины переходного с макро к микропленке слоя пленки и профилей капель жидкости для углов меньших 5 град. Стеклянные подложки покрывались тонкой пленкой фторполимера методом химического осаждения из паровой фазы (HWCVD) при разных режимах осаждения. Полученные поверхности имеют разную структуру, что влияет на свойства смачивания. Восстановлены толщины и профили пленок до 40 нм и краевые углы смачивания. Показано, что может отсутствовать третий этап испарения (режим с постоянным краевым углом смачивания), т.е. после режима испарения с постоянным контактным радиусом капля переходит сразу к режиму, когда оба параметра – радиус и угол контакта непрерывно меняются до полного исчезновения капли. Происходит переход к полному смачиванию, что объясняется частичным впитыванием жидкости в «мягкое» нанопокрытие.  Критическая высота капли для перехода к полному смачиванию составила 14-30 мкм в зависимости от типа покрытия. Подробно изучена динамика на последнем этапе испарения. Показано существенное увеличение скорости контактной линии от 50 до 500 мкм/с. Впервые измерена критическая толщина для перехода на этот подэтап, которая составила 2 мкм. Продолжительность этого подэтапа одинакова для всех покрытых и непокрытых поверхностей. Капли, наблюдаемые в последнюю секунду для всех рассмотренных поверхностей, были осесимметричными. Доказан закон R2для осесимметрично испаряющихся тонких капель. Показано также, что удельный расход испарившейся жидкости с единицы площади поверхности капли резко увеличивается на последнем этапе.

ИТ СО РАН, зав. лаб., д. ф.-м. н. Кабов О.А., с. н. с., к. ф.-м. н. Гатапова Е.Я., с. н. с., к. ф.-м. н. Сафонов А.И., тел.: 8(383)316-51-37.