微纳尺度下液桥对粘着接触滞后的影响

本项目将基于微纳米力学、连续介质力学与表面热力学，通过理论分析、实验测试和数值模拟，研究微纳米尺度下液桥的动态演化过程，以及液桥对微纳尺度下粘着接触滞后的影响，建立粘着接触滞后与液桥中的液体粘度、液膜流动或毛细蒸发形成液桥的平衡特征时间、加卸载速率、相对湿度以及液桥系统特征几何尺度的定量关系，发展微纳米尺度下粘着接触滞后的理论模型，探讨微纳米下粘着接触滞后的物理和力学机制。本项目的实施将有助于深入认识粘着现象、表面的物理化学特性、接触分离过程的能量耗散、接触角滞后、原子力显微镜成像原理以及与摩擦磨损有关的一些机制，研究结果为微纳米器件的设计、优化与调控提供重要参考。

微纳尺度下的粘着接触滞后对深入认识粘着现象、表面的物理化学特性、接触分离过程中的能量耗散以及原子力成像机理有重要参考意义。液桥是大气环境下引起粘着滞后的主要因素。本项目基于连续介质力学和表界面热力学，建立了液桥生成和破碎的理论模型。提出液桥生成经历三个阶段：挤出阶段、毛细凝聚阶段和液膜流动阶段，这三个阶段其特征时间是显著不同的。对于液桥破碎过程，得到了不同体积下毛细力、断裂能关系，并讨论了圆弧近似、接触角滞后与原子力显微镜（AFM）成像过程中的耗散能等。利用振动力学，定性讨论了耗散能与成像间的关系。建立了一套湿度控制系统，实验测量了在不同湿度下的AFM力曲线，通过对力曲线的分析，得到毛细力与湿度、粘着接触滞后（耗散能）与湿度之间的关系，并与理论模型进行了对比。