DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c00532
本文提出了一種新的方法來測量從疏水性表面分離水滴（極性液體）所需的力。這是通過用高表面張力油基鐵磁流體部分掩蓋液滴，并使用磁體對所得化合物液滴施加可控的體力來完成的。將組件放置在敏感的刻度上，然后磁鐵就可以靠近液滴使其與表面分離，同時記錄施加到液滴上的力。本文介紹的工作是創新型的，因為它使用了部分掩蓋的概念，其中固體-液滴接觸區域不受鐵磁流體的污染（并且測得的力不需要后處理）。該研究與數值模擬相結合，其目的在于增進研究者對在強（分離）體力作用下兩相液滴中界面力之間相互作用的理解，并為深入分析納米粒子提供了更多數據。特別是，針對不同表面張力的鐵磁流體，計算了從疏水性表面成功分離水滴所需的最小鐵磁流體體積，并將其與電紡聚苯乙烯涂層分離水滴的實驗數據進行了比較。研究表明，通過部分掩蓋測量的分離力與用于實驗的鐵磁流體的體積無關。
圖1：（a）中給出了嵌套、部分隱蔽和完全隱蔽配置中懸垂復合液滴的示意圖。實驗裝置如圖（b）所示。
圖2：（a）中顯示了將油基鐵磁流體（體積為0.6 μL）添加到懸垂的水滴（體積為3 μL）中并將所得的化合物液滴從電紡PS表面分離的過程。在（b）中顯示了在分離實驗期間通過標尺記錄的力的示例。
圖3：通過向體積為3 μL的水滴中添加不同量的鐵磁流體而產生的實驗性液滴和計算性化合物液滴的并排比較。藍色、紅色和綠色分別代表水-空氣、鐵磁流體-空氣和水-鐵磁流體的界面。
圖4：（a）中顯示了鐵磁流體體積不足以進行液滴分離的失敗實驗，（b）中顯示了其力記錄。化合物液滴分離力與鐵磁流體體積比的關系如（c）所示。通過部分掩蓋（d）中不同體積的水滴來測量每單位質量水滴的分離力（N/kg）。
圖5：（a）至（d）中給出了針對不同鐵磁流體體積比，在重力和磁力影響下的部分隱蔽水滴形狀的模擬結果。水滴的體積為3 μL，并與固體表面保持120°的YLCA。對于具有不同鐵磁流體體積比的復合液滴，在（e）中給出了臨界力和重力的模擬結果。
圖6：（a）中給出的自由體圖顯示了作用在與固體表面接觸的部分掩蔽水上的力。（b）中顯示了兩種不同的方式描述作用在鐵磁流體斗篷上的力。對于具有不同鐵磁流體體積比的復合液滴（起點代表化合物液滴的重量），分別在（c）和（d）中顯示了在增強的體力作用下，水-固（對于水滴）和水-鐵磁流體（對于鐵磁流體液滴）界面的壓力和基徑。
圖7：水和鐵磁流體之間的接觸角，在兩種不同鐵磁流體體積比的復合液滴體力增強的影響下顯示。還給出了水和鐵磁流體液滴的表觀接觸角和相對于水平測量以進行比較。水滴體積和YLCA分別為3 μL和120°。
圖8：計算了具有不同鐵磁流體體積比的復合液滴對水和鐵磁流體的作用力分量。圖（a）是復合液滴在重力影響下的情況，圖（b）是水滴在重力影響下的情況，（c）是鐵磁流體液滴處于臨界時刻的情況。水滴的體積為3 μL，表面的YLCA為120°。
圖9：繪制了成功分離水滴所需的最小鐵磁流體體積比與不同鐵磁流體表面張力和表面YLCAs的水滴體積的關系。陰影區域的上下邊界的表面張力分別為24和32 mN/m。
圖10：（a）中給出了針對不同水滴體積和YLCAs的純、部分隱蔽水滴的模擬分離力之間的比較。如左插圖所示的液滴，θYL=120和VW=5μL，如右插圖所示的液滴，θYL=110和VW=7μL。當YLCAs為110°和120°時，在水-固界面處的水滴壓力與水滴體積的關系如（b）所示。插圖顯示了在有或沒有鐵磁流體斗篷的情況下，一個體積為7μL、YLCA為110°的水滴內的壓力等值線。
