Przejdź do treści

Direct Measurement and Modeling of Wrapping Layer on Lubricant-Infused Surfaces

Nowoczesne powierzchnie impregnowane lubrykantem (powierzchnie SLIPS/LIS) ograniczają siły na linii kontaktu, co pozwala na dużą mobilność ustawionych na nich kropli wody oraz wyjątkowo niskiego tarcia powstającego podczas ich przemieszczana się. Charakterystyczną powierzchni SLIPS/LIS jest powstawanie warstwy otulającej kroplę, w postaci nanometrycznej warstwy oleju, jednak mechanizm jej powstawania oraz czynniki decydujące o jej grubości nie są dotąd w pełni poznane. W niniejszej pracy przedstawiono model teoretyczny grubości warstwy otulającej opierający się na równowadze dwóch konkurujących efektów: ciśnieniu Laplace’a wynikającego z krzywizny powierzchni międzyfazowej oraz ciśnieniu rozwarstwiającemu wywołanego oddziaływaniami van der Waalsa. Model został eksperymentalnie zwalidowany. Do bezpośredniej wizualizacji i pomiaru grubości warstwy otulającej zastosowano technikę PLIF (Planar laser-induced fluorescence), obejmującą szeroki zakres promieni kropli, lepkości lubrykantu oraz jego grubości użytej do impregnacji teksturowanego podłoża. Wyniki wskazują, że grubość warstwy otulającej nie zależy od lepkości oleju ani od jego początkowej grubości, natomiast skaluje się ona wraz z promieniem kropli zgodnie w sposób potęgowy. Po potwierdzeniu poprawności modelu poprzez zgodność jego przewidywań z wynikami eksperymentów oszacowano objętość warstwy otulającej, a także objętość wału zwilżającego na podstawie ustalonego kształtu menisku olejowego w pobliżu podstawy kropli. Przeprowadzona analiza wykazała, że objętość oleju w warstwie otulającej jest o cztery rzędy wielkości mniejsza niż objętość wału zwilżającego, co wskazuje, że pierścieniowy wał zwilżający stanowi główne źródło ubytku środka smarnego podczas ruchu kropli, a uzyskane wyniki pogłębiają rozumienie dynamiki warstwy otulającej oraz jej wpływu na zużycie środka smarnego.

Artykuł:

ACS Applied Materials & Interfaces

Autorzy z PW:

Tomasz Kułakowski 

Rok wydania: