在奈米尺度下的潤濕現象和多相流(1/3)

與宏觀尺度的潤濕現象與流體流動相比較，在奈米流道中常觀察到相當不同的物理現象。因為流體分子-分子間的作用與流體分子-固體牆間的作用不相同，在接近流道管壁會形成不均勻的流體密度分布。這個結果會同時改變流體的平衡性質及其輸送特性。儘管古典的Navier-Stokes 流體力學方程能夠描述宏觀的管流，一旦管徑的尺度接近分子的尺度，該理論必須進一步修正，引進會隨位置變化的輸送係數。此外，流體流動邊界滑移的現象也隨著管徑的縮小而變的明顯。為了解決前述的議題，非區域的線性流體流動模型或伴隨滑移長度的Navier 邊界條件常被導入。一般認為滑移長度與流體-固體間的作用(表面張力或潤濕性)有關。在雙成分系統中，例如液體混合物或溶液，流體與固體牆的作用會導致分離或潤濕層的形成。與牆接觸的潤濕層的分子密度分布會與流體的整體特性不同。因此，潤濕性質也會影響奈米流道中的多相流行為。在這計畫中，我們將利用連續體理論與分子模擬例如表面演化(Surface Evolver)與耗散粒子動力學(Dissipative Particle Dynamics)去探索奈米尺度下的潤濕行為與流體流動，包含平面泊肅葉流(Poiseuille flow)與庫埃特流(Couette flow)。此外，我們也要模擬兩不互溶流體的流動，以了解奈米流道中的柱塞特性及潤濕性質的效應。透過邊界牆是否被產生柱塞的流體所潤濕，可以區分成兩種情況。由於直接觀察奈米尺度的流動邊界滑移與多相流有困難，我們將利用宏觀的接觸線移動實驗去分析流動邊界滑移(奈米尺度)對潤濕現象與流體流動的影響。譬如，觀察液滴在表面為超疏水或超親水的管中的運動，並分析接觸線的滑移分布。在這三年期的計畫中，我們會採用理論與實驗方法。第一年，我們將探討接觸線的運動行為，其內容涵蓋液橋受兩板壓縮或拉伸過程中的接觸線移動與超疏水管中的接觸線移動(液滴運動)。第二年，將瞭解流動邊界滑移、奈米流道中的兩不互溶液體的流動包含部分潤濕與不潤濕管中的柱塞行為。第三年，將研究奈米流道中的液氣兩相的氣泡流動與柱塞行為。我們的主要目標是透過瞭解奈米尺度下的輸送現象，以發展微觀尺度的分離技術。