Влияние насыщения краевого угла на динамику капли в неоднородном переменном электрическом поле

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

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.

Об авторах

А. А. Алабужев

Институт механики сплошных сред УрО РАН; Пермский государственный национальный исследовательский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: alabuzhev@mail.ru
кандидат физико-математических наук, доцент, с. н. с. лаборатории Вычислительной гидродинамики 614018, Россия, г. Пермь, ул. Академика Королева, 1; 614990, Россия, г. Пермь, ул. Букирева, 15

М. А. Пьянкова

Институт механики сплошных сред УрО РАН; МИРЭА – Российский технологический университет

Email: ya.kashina-marina@yandex.ru
кандидат физико-математических наук, м.н.с. лаборатории вычислительной гидродинамики 614018, Россия, г. Пермь, ул. Академика Королева, 1; 105275, ЦФО, Россия, г. Москва, 5-я улица Соколиной Горы, д. 22

Список литературы

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. Li C., Jiang Н. Fabrication and characterization of fexible electrowetting // Micromachines 2014. Vol. 5 P. 432–441. doi: 10.3390/mi5030432.
  13. 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.
  14. Алабужев А.А., Кашина М.А. Влияние различия свойств поверхностей на осесимметричные колебания сжатой капли в переменном электрическом поле // Изв. Вузов. Радиофизика. 2018. Т. 61, № 8–9. С. 662 –676. doi: 10.1007/s11141-019-09919-4.
  15. 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.
  16. Kashina М.А., Alabuzhev А.А. The Forced Oscillations of an Oblate Drop Sandwiched Between Different Inhomogeneous Surfaces under AC Vibrational Force // Microgravity Sci. Technol. 2021. Vol. 33: 35. doi: 10.1007/s12217-021-09886-4.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. М.: Наука, 1978. 788 с.
  21. 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.
  22. 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.
  23. 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.
  24. 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.
  25. 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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».