利用液固界面摩擦力表征经典特殊润湿性生物表面

• 作者: 张晋红 石奎 徐鹏 李倩 薛龙建
• 来源期刊: 表面技术
• 关键词: 表面润湿性 接触角 滚动角 摩擦力 毛细管投影传感技术
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 所属期刊栏目: 摩擦磨损与润滑|Friction, Wear and Lubrication
• 页码范围: 187-193
• 页数: 7页
• 分类号: TH117|TB34
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.07.019

摘要

目的 用毛细管投影传感技术(MPCP)定量表征经典生物材料表面的液固界面摩擦力,揭示滚动角测试所无法揭示的液固界面作用规律.方法 利用毛细管投影传感技术(MPCP)表征了水滴在荷叶、玫瑰花瓣和蝴蝶翅膀表面的摩擦力,并进一步探讨了样品干燥、水滴大小和移动速度对液固摩擦力的影响规律.结果 当液滴体积由2μL增大到10μL时,水滴在新鲜荷叶表面的静摩擦力FS从(10.01±0.75)μN增大到(15.99±1.99)μN,动摩擦力FK由(9.10±1.30)μN增大到(11.31±0.75)μN;干燥过程使得FS由(22.11±3.44)μN上升到(34.72±1.99)μN,FK由(10.40±0.75)μN增大到(20.42±3.00)μN.与荷叶不同的是,新鲜玫瑰花瓣的静摩擦力FS和动摩擦力FK均高于冻干玫瑰花瓣,且随着水滴尺寸的增大而明显增大.由于蝴蝶翅膀结构的各项异性,顺着蝴蝶翅膀DF方向的FS和FK比反向DO方向要明显小一些,有利于水滴从体表滚落.当液滴移动速度由0.05 mm/s增大到2.05 mm/s时,荷叶表面的FS和FK变化不明显;新鲜玫瑰花瓣的FS由(70.22±1.99)μN减小到(60.21±1.99)μN,FK由(44.21±2.25)μN显著减小到(18.21±1.30)μN.而冻干玫瑰花瓣表面的FS和FK,随着液滴移动速度的增大而略微减小.蝴蝶翅膀的摩擦力对液滴移动速度表现出一定的方向依赖性,随着液滴移动速度的增大,DF向的FS和FK保持恒定,而DO向的FS和FK减小则显著一些.结论 用毛细管投影传感技术MPCP可以揭示水滴在固体表面的摩擦特征,定量表征摩擦力,弥补了滚动角只能表征液滴滚落一瞬间固体对水滴滑动的阻力,无法表征液固动摩擦的不足;定量地揭示了样品干燥、水滴大小和移动速度对水滴在荷叶、玫瑰花瓣和蝴蝶翅膀表面摩擦力的影响规律.