纳米尺度探测的液体界面形状与有效弹簧常数：有限尺寸效应
软凝聚态物质
2015-09-14 v1 流体动力学
摘要
原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)和扫描电子显微镜(scanning electron microscopy, SEM)结合原位微操纵技术，我们研究了低至纳米尺度的液体界面的形状和力学性质。在这两种情况下，界面均用半径R约为25-100 nm的圆柱形纳米纤维探测。纳米弯月面在其平衡位置附近振荡的有效弹簧常数由静态和调频(frequency-modulation, FM) AFM模式确定。对于无界弯月面，我们发现有效弹簧常数k通过k = (0.51 ± 0.06) {\gamma}正比于液体的表面张力{\gamma}，而与从准静态直到450 kHz的激发频率无关。基于弯月面平衡形状的理论模型很好地复现了实验数据。电子显微镜以约10 nm的横向分辨率可视化了纤维周围的弯月面轮廓，并确认了其悬链线形状。还研究了界面横向受限的影响。我们表明，弯月面的横向延伸L根据模型推导的对数演化k ~ 2{\pi}{\gamma}/ln(L/R)影响有效弹簧常数。这项对弯月面尺寸跨越四个数量级以上的液体界面性质的综合研究，表明先进的FM-AFM和SEM技术是探究低至纳米尺度的液体力学性质的有力工具。
引用
@article{arxiv.1509.03455,
title = {Shape and effective spring constant of liquid interfaces probed at the nanometer scale: finite size effects},
author = {Julien Dupré de Baubigny and Michael Benzaquen and Laure Fabié and Mathieu Delmas and Jean-Pierre Aimé and Marc Legros and Thierry Ondarçuhu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1509.03455},
year = {2015}
}
备注
26 pages, 14 figures. Langmuir online 2015