2013-田洪淼-Numerical Characterization of Electrohyd.pdf

    聚合物微納米結構由于獨特的物理和化學功能而受到越來越多的關注，可以廣泛應用于微流控、有機光電子、生物檢測等方面。在聚合物微納米結構制造方法中，空間調制電場誘導聚合物流變成形技術由于在材料普適性、結構均勻性等方面的獨特優勢，獲得了學術界的關注?！翱臻g調制電場誘導聚合物流變成形”工藝采用結構化導電模板與涂覆有聚合物薄膜的導電襯底作為對電極，形成誘導模板/空氣/聚合物/導電襯底的多層結構。電極對之間施加電壓后，因模板結構的調制，在空氣-聚合物界面處形成隨空間位置變化的電場。這種“空間調制電場”產生的 Maxwell 應力張量驅動聚合物朝向誘導模板運動，形成具有一定形貌或尺寸的聚合物微納米結構。 

    數值模擬：針對目前線性穩定分析方法在空間調制電場誘導聚合物流變成形方面的不適用性，本章兼顧微納米尺度效應，建立了基于電流體動力學的兩相流動力學模型，并從力學分析角度出發研究了聚合物在空間調制電場作用下的流動成形機理，探討了成形過程中電場與聚合物流場間的耦合關系，深入理解空間調制電場誘導聚合物流變成形的本質原因。

    兩相流動力學模型 ：由于聚合物復形過程中誘導模板與導電襯底的固定性，聚合物誘導流變過程的動態演變可歸結于外加電場作用下聚合物氣液界面的動態追蹤，在此，采用兩相流模型描述氣液界面形貌的演變狀態。在描述空間調制電場誘導聚合物流變行為中，需要解決的關鍵問題為：（1）電場與流場的耦合，即電場如何對流場產生作用力，流場如何影響電場分布；（2）準確的追蹤氣液界面，即如何展現電場誘導聚合物流變成形的動態過程。為實現上述目標，兩相流模型包括以下三個方面：（1）電場，即 Maxwell 方程，描述外加電壓下聚合物與空氣內部的空間調制電場分布；（2）流場，即 Navier-Stokes方程，描述流體（包含空氣與聚合物）的流變狀態；（3）相場，即 Cahn-Hilliard 方程，描述流體狀態屬性以及氣液界面的運動過程。

   聚合物流變階段

  

   

  強調制狀態復形過程（施加電壓25V，無留膜厚度）

   過調制狀態復形過程（施加電壓42V，有留膜厚度）

   初始時刻氣液界面電場力分布