球形探针在流体介导加载下软涂层的弹性流体动力学

物体靠近带间隙流体的软壁运动是一个弹性流体动力学的典型问题，广泛出现于从生物学到摩擦学的诸多领域中。特别地，球体朝向带间隙流体的软基底运动常出现于扫描探针显微镜的语境中。尽管已有关于此构型的基础理论研究，但它们聚焦于特定应用因而采用了适当的简化。本文提出一个通用半解析框架，用于研究刚性球靠近涂覆于刚性平台上的软弹性基底、由水电解液介导的轴对称加载的弹性流体动力学。考虑了三种加载模式——逼近、回撤与振荡。该框架纳入了——大振荡频率与幅值、压力与基底变形间的双向耦合，以及 DLVO 力的存在。利用该框架的计算，我们深入认识了 DLVO 力、基底厚度、基底材料可压缩性（由泊松比量化）以及高振荡频率对 SPM 及类似不同物理构型的影响。我们列出了若干关键观测：更厚且更可压缩的基底允许更大变形，即有效更软；DLVO 力的存在在低频率振荡加载及低速逼近/回撤加载下，使力放大达两个数量级、基底变形放大达一个数量级；在高频率振荡加载下，DLVO 力不显著影响系统的力与偏转行为。在展示了我们框架的通用性与实用性后，我们期望其演进为用于求解软润滑问题的多样且有用的工具。