磁抑制咖啡环效应

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:45
文章英文标题
Magnetic suppression of the coffee ring effect
正文
摘要\n本文报道了磁场作用下磁流体液滴在PDMS (聚二甲基硅氧烷)衬底上的蒸发和干燥特性。研究了外加磁场的磁场强度和不对称性对液滴轴线的影响。利用Goniometric测量对蒸发液滴进行可视化。共焦显微镜用于成像液滴内部的干燥模式和粒子运动。通过改变磁体与基板之间的距离来控制磁场强度。采用COMSOL Multiphysics软件进行磁场和磁力分布的报告。在磁场的影响下观察到干燥花纹的均匀沉积。磁场对蒸发动力学的影响归因于干燥模式的改变。液滴蒸发发生在恒接触半径( CCR )模式、恒接触角( CCA )模式、混合模式和延迟钉扎模式。在蒸发过程中,当磁体中心与液滴中心不对齐时,观察到液滴的滑动和接触线的退移。在较高的磁场强度下,CCR和CCA模式的蒸发持续时间受到抑制,混合模式的蒸发持续时间增加。初始接触角随着磁场强度的增大而减小,后退接触角随着磁场强度的增大而增大。这是因为接触线区域的纳米粒子浓度较低导致接触线运动的摩擦阻力较低。Hump的形成发生在液滴的顶端区域,这取决于磁场的强度和纳米粒子的局部浓度。驼峰形成之后是液滴的分裂。
文章内容(英文)
Abstract(#br)This paper reports the evaporation and drying characteristics of ferrofluid droplets on a PDMS (Polydimethylsiloxane) substrate under the influence of magnetic field. The effect of magnetic field strength and asymmetry of the external magnetic field with respect to the axis of the droplet is studied. Goniometric measurement is used for visualization of the evaporating droplets. Confocal microscopy is used for imaging the drying pattern and particle motion inside the droplet. The magnetic field strength is controlled by varying the distance between the magnet and the substrate. COMSOL Multiphysics software is used to report the magnetic field and magnetic force distribution. The uniform deposition of drying pattern is observed under the influence of magnetic field. The effect of magnetic field on evaporation dynamics is attributed to the modification in drying pattern. The evaporation of the droplet takes place in constant contact radius (CCR) mode, constant contact angle (CCA) mode, mixed mode, and late pinning mode. Both sliding of the droplet and receding of the contact line is observed during evaporation when the center of magnet is not aligned with the center of the droplet. The suppression in duration of the CCR and CCA modes of evaporation and increase in duration of mixed mode evaporation is observed at higher magnetic field strength. The initial contact angle decreases and receding contact angle increases with increasing strength of magnetic field. This is attributed to lower concentration of nanoparticle in the contact line region resulting in lower frictional resistance to the contact line motion. Hump formation takes place at the apex region of the droplet, which depends on the strength of the magnetic field and local concentration of nanoparticle. The hump formation is followed by splitting of the droplet.
来源出处
Journal|[J]Journal of Magnetism and Magnetic MaterialsVolume 513, 2020.
DOI
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.167199

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