Behavioral characteristics of droplet collision on Janus particle spheres

为研究液滴碰撞Janus颗粒(双亲性)球表面的独特行为特征, 以粒径为5.0 mm铜球为材料制备了Janus颗粒, 用直径为2.0 mm的液滴, 在韦伯数(We)为2.7, 10, 20, 30的测试情况下对Janus颗粒球表面进行了碰撞实验. 结果表明: 液滴碰撞Janus颗粒球表面后的运动可分为铺展、回缩、振荡和回弹4个过程. 在不同We下, 液滴碰撞Janus颗粒后的运动状态主要与表面润湿性相关, 在Janus颗粒亲水侧表现为铺展特性且铺展系数γ随着时间t的增大而逐渐增大并趋于稳定; 但在疏水侧, 表现为回弹现象, 铺展系数γ会出现类似“抛物线”形状; 当液滴碰撞Janus颗粒球表面亲-疏水分界线时, 液滴铺展和回弹同时发生. 基于能量平衡和受力分析发现, 液滴动能和表面能的互相转化是液滴铺展的关键, 液滴会在重力、惯性力、表面张力、黏性力、接触力等力的综合作用下展现其独特的行为特征并最终达到平衡状态.