粘附力抑制软-硬碰撞的水下接触形成
软凝聚态物质
2022-11-22 v1 应用物理
摘要
热力学告诉我们,相较于两个亲水表面,两个疏水表面之间的水下接触预期会产生更强的粘附。然而,水的存在不仅改变了达到最终状态的能量学,也改变了该动态过程,其耦合了固体变形与液体排出。这些动力学可能为获得强水下粘附/摩擦带来挑战,影响软体机器人、生物运动及轮胎牵引等诸多领域。此前缺乏在同时控制表面润湿性的同时对液膜排出进行足够精确分辨的更深入研究。我们进行了高分辨率原位受抑全内反射成像,以追踪不同刚度软弹性半球与不同润湿性光滑硬表面之间的水下接触演化。令人惊讶地,我们发现疏水-疏水(粘附)接触的水排出指数速率比疏水-亲水(非粘附)接触低三个数量级。随玻璃润湿性降低而下降的速率在热力学粘附跨过零的点附近急剧变化,表明排出模式的转变,这由三维时空高度图予以阐明。粘附接触的特征在于早期密封水洼的局部化,而非粘附接触保持平滑,呈从一个中心水洼的膜状排出。以人拇指与交替疏水/亲水玻璃表面的测量展示了相同动力学的实际后果:粘附相互作用在谷处引起失稳,并导致更多被困水与更不紧密的固-固接触状态。
引用
@article{arxiv.2102.10789,
title = {Adhesive forces inhibit underwater contact formation for a soft-hard collision},
author = {Mengyue Sun1 and Nityanshu Kumar1 and Ali Dhinojwala and Hunter King},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.10789},
year = {2022}
}