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北航在《物理评论快报》发表液滴运动重要研究结果

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 近日,北航物理学院满兴坤副教授和外专千人土井正男(Masao Doi)教授合作,揭示了非均匀蒸发速率引起液滴运动的新机制。相关研究成果以“Vapor-Induced Motion of Liquid Droplets on an Inert Substrate”为题发表于《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 119, 044502 (2017)]
   
        蒸发可以引起复杂的液滴运动现象。早在18世纪,科学家就已经注意到油滴在加热衬底上的无序运动现象(Leidenfrost phenomena)。一直以来Marangoni效应(由非均匀表面张力引起液滴内部的对流)是解释和实现液滴运动的主要物理机理。然而,这一机理却不能解释中性衬底上两个完全相同纯液滴自发靠近的运动现象。


   满兴坤副教授和土井正男教授基于昂萨格变分原理提出了液滴运动方程,首次给出了非均匀蒸发速率和表面张力诱导液滴运动的物理机制。理论结果指出:液滴会从蒸发速率快的一侧移动到蒸发速率慢的一侧和会从表面张力小的一侧移动到表面张力大的一侧。当两者同时起作用时,液滴则会表现出吸引、排斥、追赶等复杂运动现象。该理论方法的优点在于可以用一阶动力学方程而不是传统高阶Navier-Stokes方程来描述复杂流体力学问题。

    该研究成果为控制液滴运动方向和表面浸润性等提供了全新的理论指导。这一工作得到国家自然科学基金和北航青年拔尖人才项目的支持。

链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.044502
 

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