テクスチャ加工された超疎水性表面におけるドロップレット接触角のヒステリシス
出典: finemems
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多数のピラーが立っている面は一般的に強い疎水性を示す。この面の上をドロップレットが移動するとき接触角にはヒステリシスがあり、ピラーに接触する瞬間と離れる瞬間では接触角が異なる。ドロップレット移動制御を行う際にこのヒステリシスは問題となりうる。このヒステリシスを測定した研究[1]を紹介する。
図1に示すように、シリコンの表面にDRIEでピラーを形成した基板の上にドロップレットを作り、その体積を増減する際に観察されるドロップレットの接触面の移動を、ハイスピードカメラ(250fps)で撮影して接触角を測定した。
図2に示すように、接触面が前進してくるときドロップレットは次のピラーの上にのしかかるようにして進むため、その接触角は180度に近い値を示し、一つ前進する瞬間には接触角が若干小さくなる。
図3に示すように、接触面が後退してゆくときドロップレットはピラーから引きはがされるように動くため、その接触角は小さい値を示している。一つ後退する瞬間には接触角が若干大きくなる。
様々なテクスチャ加工を行った表面に対して同じ測定を行った結果が図4、図5である。図4はドロップレットが前進してゆくときの接触角を表面の疎水性の度合いを表すφ（φについては後述。）に対してプロットしたグラフである。φが小さいほど疎水性は強い。グラフから明らかなように前進するときの接触角はテクスチャに関係なくほとんど変化しない。図中のcos(θA)=-1+φ(cos(θi,A)+1)のグラフは別の研究者によって提唱されていたモデルである。
図5はドロップレットが後退してゆくときの接触角をΦに対してプロットしたグラフである。こちらは表面テクスチャに影響されて接触角が変化していることが分かる。また、φ=0.1程度を境に異なるモデルが必要になるようである。図中のcos(θR)=2φ-1のグラフは別の研究者によって提唱されていたモデルである。
φは図6に示すように基板を垂直方向から眺めたときに、全面積に対してピラーの頭が占める面積の割合である。
モデル構造・メッシュ
境界条件
物性条件
結果・評価・実験との比較
マシン環境
文献情報，参考文献
[1] Ashutosh Shastry, Shaghayegh Abbasi, Aziel Epilepsia, and Karl F. Böhringer, "CONTACT ANGLE HYSTERESIS CHARACTERIZATION OF TEXTURED SUPER-HYDROPHOBIC SURFACES", in proc. of THE 14TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON SOLID-STATE SENSORS, ACTUATORS AND MICROSYSTEMS (Transducers 07), pp. 599-602.
