Влияние насыщения краевого угла на динамику капли в неоднородном переменном электрическом поле
DOI:
https://doi.org/10.17072/1993-0550-2024-4-6-20Ключевые слова:
вынужденные колебания, движение линии контакта, электросмачивание, динамический краевой угол, насыщение краевого угла, неоднородная поверхностьАннотация
В данной статье предложена теоретическая модель электросмачивания на диэлектрической подложке с учетом насыщения динамического краевого угла от электрического напряжения. В качестве примера рассматриваются вынужденные колебания капли электролита, помещенной между двумя параллельными твердыми поверхностями в переменном электрическом поле. В состоянии механического равновесия капля имеет форму круглого цилиндра, ось симметрии которого перпендикулярна пластинам. Скорости линий контакта на обеих поверхностях зависят от внешней периодической силы электрического поля и отклонения краевого угла от его равновесного значения. Для описания неоднородности поверхности предполагается, что коэффициент пропорциональности является функцией координат. Эта функция индивидуальна для каждой поверхности. Показано, что это приводит к возбуждению дополнительных азимутальных мод, в отличие от случая однородных поверхностей. Внешнее переменное электрическое поле тоже является пространственно-неоднородным, так как в экспериментах сложно добиться однородного поля при конечных размерах проводника. Обнаружено, что неоднородность пластин изменяет значение угла насыщения. Продемонстрировано качественное согласие с экспериментами.Библиографические ссылки
Mugele F., Baret J.-C. Electrowetting: from basics to applications // J. Phys.: Condens. Matter. 2005. Vol. 17(28). P. 705–774. DOI: 10.1088/0953-8984/17/28/R01.
Chen L., Bonaccurso E. Electrowetting - From statics to dynamics // Adv. Colloid Interface Sci. 2014 Vol. 210. P. 2–12. DOI: 10.1016/j.cis.2013.09.007.
Zhao Y.-P., Wang Y. Fundamentals and Applications of Electrowetting: A Critical Review // Rev. Adhesion Adhesives 2013. Vol. 1 P. 114–174. DOI: 10.7569/RAA.2013.097304.
Chung S.K., Rhee K., Cho S.K. Bubble actuation by electrowetting-on-dielectric (EWOD) and its applications: A review // Int. J. Precis. Eng. Manuf. 2010. Vol. 11. P. 991–1006. DOI: 10.1007/s12541-010-0121-1.
Royal M. W., Jokerst N.M., Fair R.B. Droplet-Based Sensing: Optical Microresonator Sensors Embedded in Digital Electrowetting Microfluidics Systems // IEEE Sensors Journal 2013. Vol. 13. P. 4733–4742. DOI: 10.1109/JSEN.2013.2273828.
Nelson W.C., Kim C.-J. Droplet actuation by electrowetting-on-dielectric (EWOD): a review // J. Adhes. Sci. Technol. 2012. Vol. 26. P. 1747–1771. DOI: 10.1163/156856111X599562.
Hua Z., Rouse J.L., Eckhardt A.E., etc. Multiplexed real-time polymerase chain reaction on a digital microfuidic platform // Anal. Chem. 2010. Vol. 82 P. 2310–2316. DOI: 10.1021/ac902510u.
Li J., Kim C.-J. Current commercialization status of electrowetting-on-dielectric (EWOD) digital microfluidics // Lab Chip. 2020. Vol. 20. P. 1705–1712. DOI: 10.1039/D0LC00144A.
Li J., Wang Y., Chen H., Wan J. Electrowetting-on-dielectrics for manipulation of oil drops and gas bubbles in aqueous-shell compound drops // Lab Chip. 2014. Vol. 14 P. 4334–4337. DOI: 10.1039/C4LC00977K.
Lee C.-P., Chen H.-C., Lai M.-F. Electrowetting on dielectric driven droplet resonance and mixing enhancement in parallel-plate configuration // Biomicrofluidics. 2012. Vol. 6(1): 012814. DOI: 10.1063/1.3673258.
Kuiper S., Hendriks B.H.W. Variable-focus liquid lens for miniature cameras // Appl. Phys. Lett. 2004. Vol. 85. P. 1128-1130. DOI: 10.1063/1.1779954.
Li C., Jiang Н. Fabrication and characterization of fexible electrowetting // Micromachines 2014. Vol. 5 P. 432–441. DOI: 10.3390/mi5030432.
Hocking L.M. The damping of capillary-gravity waves at a rigid boundary // J. Fluid Mech. 1987. Vol. 179. P. 253–266. DOI: 10.1017/S0022112087001514.
Алабужев А.А., Кашина М.А. Влияние различия свойств поверхностей на осесимметричные колебания сжатой капли в переменном электрическом поле // Изв. Вузов. Радио-физика. 2018. Т. 61, № 8–9. С. 662 –676. DOI: 10.1007/s11141-019-09919-4.
Алабужев А.А., Кашина М.А. Динамика зажатой капли в неоднородном электрическом поле // Вестник Пермского университета. Физика. 2019. № 4. С. 33–43. DOI: 10.17072/1994-3598-2019-4-33-4.
Kashina М.А., Alabuzhev А.А. The Forced Oscillations of an Oblate Drop Sandwiched Be-tween Different Inhomogeneous Surfaces under AC Vibrational Force // Microgravity Sci. Technol. 2021. Vol. 33: 35. DOI: 10.1007/s12217-021-09886-4.
Alabuzhev A.A. Influence of heterogeneous plates on the axisymmetrical oscillations of a cylindrical drop // Microgravity Sci. Technol. 2018. Vol. 30(1–2). P. 25–32. DOI: 10.1007/s12217-017-9571-8.
Pyankova M.A., Alabuzhev A.A. Influence of the properties of the plate surface on the oscillations of the cramped drop // Phys. Fluids. 2022. Vol. 34: 092015. DOI: 10.1063/5.0101011.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. VIII. Электродинамика сплошных сред. 2-е изд., испр. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1982. 621 с.
Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. 788 с.
Алабужев А.А., Любимов Д.В. Влияние динамики контактной линии на колебания сжатой капли // ПМТФ. 2012. Т.53, № 1. С. 1-12. DOI: 10.1134/S0021894412010026.
Алабужев А.А., Пьянкова М.А. Динамика зажатой капли в поле трансляционных вибраций // Вычислительная механика сплошных сред. 2023. Т. 16, № 1. С. 78–88. DOI: 10.7242/1999-6691/2023.16.1.6.
Алабужев А.А., Любимов Д.В. Влияние динамики контактной линии на собственные колебания цилиндрической капли// ПМТФ. 2007. Т. 48, № 5. С. 78-86. DOI: 10.1007/s10808-007-0088-6.
Алабужев А.А. Пьянкова М.А. Влияние пространственной неоднородности подложек и электрического поля на динамику зажатой капли // Вестник Пермского университета. Физика. 2022. № 2. С. 56–65. DOI: 10.17072/1994-3598-2022-2-56-65.
Wang Q., Li L., Gu J., etc. Manipulation of a Nonconductive Droplet in an Aqueous Fluid with AC Electric Fields: Droplet Dewetting, Oscillation, and Detachment // Langmuir. 2021. Vol. 37 (41). P. 12098−1221. DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c01934.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Алексей Анатольевич Алабужев, Марина Анатольевна Пьянкова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Публикация статьи в журнале осуществляется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
