通过控制固液界面的电荷俘获来减小介电层电湿润的饱和接触角.pptx
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1、LOGO通通过控制固液界面的控制固液界面的电荷俘荷俘获来减来减小介小介电层电湿湿润的的饱和接触角和接触角Decreasing the Saturated Contact Angle in Electrowetting-on-Dielectrics by Controlling the Charge Trapping atLiquidSolid Interfacesn学生:n学号:1.背景简介(重点讲解)2.文献介绍(简单带过)CONTANTSu1.1接触角接触角u1.2电湿湿润u1.3相关公式及推相关公式及推导1.3.1杨氏公式氏公式证明明1.3.2外加外加电场后的后的杨氏公式氏公式1.3.3
2、用自由能表达式推出吉布斯用自由能表达式推出吉布斯杜亥姆公式杜亥姆公式u1.4接触角接触角饱和和现象象u1.5接触角接触角饱和的原因和的原因1.背景简介1.1接触角接触角接触角(接触角(contactangle)是指在气、液、固三相交点)是指在气、液、固三相交点处所作的气所作的气-液界面的切液界面的切线穿穿过液体与固液体与固-液交界液交界线之之间的的夹角角,是,是润湿程度的量度。湿程度的量度。u1)当)当=0,完全,完全润湿;湿;u2)当)当90,部分,部分润湿或湿或润湿;湿;u3)当)当=90,是,是润湿与否的分界湿与否的分界线;u4)当)当90,不,不润湿;湿;u5)当)当=180,完全不,
3、完全不润湿。湿。接触角在5以下的超亲水涂层,就有防雾效果,接触角越小,防雾效果越好,接触角0最佳。现代现代EWEW的基础是电毛细管学,由法的基础是电毛细管学,由法国科学家国科学家Gabriel Lippmann Gabriel Lippmann 在在 18751875年发年发现。现。Gabriel LippmannGabriel Lippmann在汞与电解液之间施加在汞与电解液之间施加电压时发现静电荷明显改变了接触界面的毛细管力,并提出电压时发现静电荷明显改变了接触界面的毛细管力,并提出了了Young-LippmannYoung-Lippmann方程。然而,方程。然而,LippmannLipp
4、mann的这种模型遇到一的这种模型遇到一个棘手的问题,就是在水溶液上施加几百毫伏的电压后,水个棘手的问题,就是在水溶液上施加几百毫伏的电压后,水溶液就逐渐水解了,这对实验来说是严重的缺陷。溶液就逐渐水解了,这对实验来说是严重的缺陷。电润电润湿湿(ElectrowettingElectrowetting,EWEW)是)是指通过改变液滴与绝缘基板之间电压,指通过改变液滴与绝缘基板之间电压,来改变液滴在基板上接触角,使液滴发来改变液滴在基板上接触角,使液滴发生形变、位移的现象。生形变、位移的现象。1.2电润湿电润湿121.2电润湿电润湿34 经过多年的研究,终于,在经过多年的研究,终于,在Gabri
5、el LippmannGabriel Lippmann研究基础上,研究基础上,BergeBerge于于19931993年提出用绝缘层代替导电年提出用绝缘层代替导电基板,使液滴与金属电极隔离从而避免液体的电解,基板,使液滴与金属电极隔离从而避免液体的电解,即,这种方法被后人称作基于介电层的电润湿即,这种方法被后人称作基于介电层的电润湿 (Electrowetting On Dielectric,EWODElectrowetting On Dielectric,EWOD)EWODEWOD被认为是近代电润湿的开始。被认为是近代电润湿的开始。(简单地说,类似于电容器,介电层就(简单地说,类似于电容器,
6、介电层就 是绝缘体,有电场强度但是没有电是绝缘体,有电场强度但是没有电 流通过,不会发生化学反应)流通过,不会发生化学反应)EWODEWOD示意图示意图1.3相关公式及推相关公式及推导导u杨氏公式(氏公式(稳态):):uSV=SL+LVcoseuSV固固-气界面气界面张力力uLV液液-气界面气界面张力力uSL固固-液界面液界面张力力1.3.1杨杨氏公式氏公式证证明明1.3.1杨杨氏公式氏公式证证明明1.3.2外加外加电场后的后的杨氏公式氏公式1.3.3用自由能表达式推出吉布斯用自由能表达式推出吉布斯杜亥姆公式杜亥姆公式电润湿的研究是湿的研究是诱人的,随着大量研究工作的人的,随着大量研究工作的进
7、行,人行,人们发现在低在低电压情况下可以情况下可以获得可逆的得可逆的润湿效果,然而当湿效果,然而当电压增大到某一增大到某一阈值后,后,接触角并不像接触角并不像Young-Lippmann方程方程描述的那描述的那样再随再随电压增大而减增大而减小,即接触角达到小,即接触角达到饱和。和。1.4接触角接触角饱饱和和现现象象 来自飞利浦研究实验室的来自飞利浦研究实验室的H.J.J.VerheijenH.J.J.Verheijen和和 M.W.J.PprinsM.W.J.Pprins认为接触角饱和认为接触角饱和现象是由介电层俘获电荷造成现象是由介电层俘获电荷造成的,他们通过实验发现,电压的,他们通过实验发
8、现,电压超过某一阈值时,液滴内的电超过某一阈值时,液滴内的电荷不再被液滴表面俘获,同时荷不再被液滴表面俘获,同时还发现液滴底部的介电层反而还发现液滴底部的介电层反而俘获了电荷。俘获了电荷。11.5接触角接触角饱饱和的原因和的原因关于接触角饱和现象学术界提出了一些看法 V.Peykov等人曾专门发表文章并且还建立了一个数学模型来仿真这一观点。1.5接触角接触角饱饱和的原因和的原因u电压较低低时:u电压较高高时:低低电压时即即2.文献介绍u2.1文章概述文章概述u2.2接触角收接触角收缩现象象u2.3实验部分部分u2.4影响因素影响因素归纳u2.5应用前景用前景u2.6结论 首次发现了电润湿效应中
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