The Contact Angle Saturation Influence on a Drop Dynamics in a Non-uniform Alternating Electric Field

封面

如何引用文章

全文:

详细

A theoretical model of electrowetting on a dielectric substrate is proposed taking into account the saturation of the dynamic contact angle from the electric voltage in this article. As an example, forced oscillations of an electrolyte droplet placed between two parallel solid surfaces in an alternating electric field are considered. In the state of mechanical equilibrium, the droplet has the shape of a round cylinder whose symmetry axis is perpendicular to the plates. The velocities of the contact lines on both surfaces depend on the external periodic force of the electric field and the deviation of the contact angle from its equilibrium value. To describe the surface inhomogeneity, it is assumed that the proportionality coefficient is a function of coordinates. This function is individual for each surface. It is shown that this leads to the excitation of additional azimuthal modes, in contrast to the case of homogeneous surfaces. The external alternating electric field is also spatially inhomogeneous, since it is difficult to achieve a uniform field in experiments with finite conductor sizes. It is found that the inhomogeneity of the plates changes the value of the saturation angle. Qualitative agreement with experiments was demonstrated.

作者简介

A. Alabuzhev

Institute of Continuous Media Mechanics UB RAS; Perm State University

编辑信件的主要联系方式.
Email: alabuzhev@mail.ru
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher 614018, Russia, Perm, Akademika Koroleva St., 1; 614990, Russia, Perm, Bukireva St., 15

M. Pyankova

Institute of Continuous Media Mechanics UB RAS; MIREA – Russian Technological University

Email: ya.kashina-marina@yandex.ru
Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Junior Engineer 614018, Russia, Perm, Akademika Koroleva St., 1; 105275, Central Federal District, Russia, Moscow, 5th St. of Sokolinaya Gora, 22

参考

  1. Mugele, F. and Baret, J.-C. (2005), "Electrowetting: from basics to applications", Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 17(28), pp. 705–774. doi: 10.1088/0953-8984/17/28/R01.
  2. Chen, L., and Bonaccurso, E. (2014), "Electrowetting - From statics to dynamics", Advances in Colloid and Interface Science, vol. 210, pp. 2–12. doi: 10.1016/j.cis.2013.09.007.
  3. Zhao, Y.-P. and Wang, Y. (2013), "Fundamentals and Applications of Electrowetting: A Critical Review", Reviews of Adhesion and Adhesives, vol. 1, pp. 114–174. doi: 10.7569/RAA.2013.097304.
  4. Chung, S.K., Rhee, K. and Cho, S.K. (2010), "Bubble actuation by electrowetting-on-dielectric (EWOD) and its applications: A review", International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, vol. 11, pp. 991–1006. doi: 10.1007/s12541-010-0121-1.
  5. Royal, M. W., Jokerst, N.M. and Fair, R.B. (2013), "Droplet-Based Sensing: Optical Microresonator Sensors Embedded in Digital Electrowetting Microfluidics Systems", IEEE Sensors Journal, vol. 13, pp. 4733–4742. doi: 10.1109/JSEN.2013.2273828.
  6. Nelson, W.C. and Kim, C.-J. (2012), "Droplet actuation by electrowetting-ondielectric (EWOD): a review", Journal of Adhesion Science and Technology, vol. 26, pp. 1747–1771. doi: 10.1163/156856111X599562.
  7. Hua, Z., Rouse, J.L., Eckhardt, A.E., etc. (2010) "Multiplexed real-time polymerase chain reaction on a digital microfuidic platform", Analytical Chemistry, vol. 82, pp. 2310–2316. doi: 10.1021/ac902510u.
  8. Li, J. and Kim, C.-J. (2020), "Current commercialization status of electrowetting-on-dielectric (EWOD) digital microfluidics", Lab Chip, vol. 20, pp. 1705–1712. doi: 10.1039/D0LC00144A
  9. Li, J., Wang, Y., Chen, H. and Wan, J. (2014) "Electrowetting-on-dielectrics for manipulation of oil drops and gas bubbles in aqueous-shell compound drops", Lab Chip, vol. 14, pp. 4334–4337. doi: 10.1039/C4LC00977K.
  10. Lee, C.-P., Chen, H.-C. and Lai, M.-F. (2012), "Electrowetting on dielectric driven droplet resonance and mixing enhancement in parallel-plate configuration", Biomicrofluidics, vol. 6(1), 012814. doi: 10.1063/1.3673258.
  11. Kuiper, S. and Hendriks, B.H.W. (2004), "Variable-focus liquid lens for miniature cameras", Applied Physics Letters, vol. 85, pp. 1128-1130. doi: 10.1063/1.1779954.
  12. Li, C. and Jiang, Н. (2014) "Fabrication and characterization of fexible electrowetting", Micromachines, vol. 5, pp. 432–441. doi: 10.3390/mi5030432.
  13. Hocking, L.M. (1987), "The damping of capillary-gravity waves at a rigid boundary", Journal of Fluid Mechanics, vol. 179, pp. 253–266. doi: 10.1017/S0022112087001514.
  14. Alabuzhev, А.А. and Kashina, М.А. (2019), "Influence of Surface Properties on Axisymmetric Oscillations of an Oblate Drop in an AC Electric Field", Radiophysics and Quantum Electronics, vol. 61, pp. 589 –602. doi: 10.1007/s11141-019-09919-4.
  15. Alabuzhev, A. A. and Kashina, M. A. (2019), "Dynamics of a drop under the influence of an inhomogeneous electric field", Bulletin of Perm University. Physics, no. 4, pp. 33–43. doi: 10.17072/1994-3598-2019-4-33-4.
  16. Kashina, М.А. and Alabuzhev, A. A. (2021), "The Forced Oscillations of an Oblate Drop Sandwiched Between Different Inhomogeneous Surfaces under AC Vibrational Force", Microgravity Science and Technology, vol. 33, 35. doi: 10.1007/s12217-021-09886-4.
  17. Alabuzhev, A.A. (2018), "Influence of heterogeneous plates on the axisymmetrical oscillations of a cylindrical drop", Microgravity Science and Technology, vol. 30(1–2), pp. 25–32. doi: 10.1007/s12217-017-9571-8.
  18. Pyankova, M.A. and Alabuzhev, А.А. (2022), "Influence of the properties of the plate surface on the oscillations of the cramped drop", Physics of Fluids, vol. 34, 092015. doi: 10.1063/5.0101011.
  19. Landau, L.D., Lifshitz, E.M. and Pitaevskii L.P. (1995), Course of Theoretical Physics. Volume 8. Electrodynamics of Continuous Media, Elsevier Science, Amsterdam, Netherlands.
  20. Kittel, C. (2005), Introduction to Solid State Physics, Wiley, Hoboken, NJ, USA.
  21. Alabuzhev, A.A., Lyubimov, D.V. (2012), "Effect of the contact-line dynamics on the oscillations of a compressed droplet", Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, vol. 53, pp. 9–19. doi: 10.1134/S0021894412010026.
  22. Alabuzhev, A. A., Pyankova, M. A. (2023). Dynamics of a clamped drop under translational vibrations. Computational Continuum Mechanics, vol. 16(1), pp. 78-88. doi: 10.7242/1999-6691/2023.16.1.6.
  23. Alabuzhev, A.A. and Lyubimov, D.V. (2007), "Effect of the contact-line dynamics on the natural oscillations of a cylindrical droplet", Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, vol. 48, pp. 686–693. doi: 10.1007/s10808-007-0088-6.
  24. Alabuzhev, A. A. and Pyankova, M. A. (2022), "Influence of surface properties on the dynamics of a clamped drop in an inhomogeneous electric field", Bulletin of Perm University. Physics, no. 2, pp. 56–65. doi: 10.17072/1994-3598-2022-2-56-65.
  25. Wang, Q., Li, L., Gu, J., etc. (2021), "Manipulation of a Nonconductive Droplet in an Aqueous Fluid with AC Electric Fields: Droplet Dewetting, Oscillation, and Detachment", Langmuir, vol. 37 (41), pp. 12098−1221. doi: 10.1021/acs.langmuir.1c01934.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML


Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».