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绪论 1

第一章　毛细现象与毛细作用 4

1.1　毛细现象与作用 4

1.2　微／纳机电系统中的毛细作用 6

1.3　毛细力学的发展历程 9

第二章　基本概念 15

2.1　物态与相 15

2.1.1　物态 15

2.1.2　相 16

2.2　表面、界面与本体 17

2.2.1　表面、界面及本体 17

2.2.2　界面的特性 17

2.3　表面自由能 18

2.4　界面自由能和界面张力 21

2.5　内聚与黏附 22

2.6　界面层及表面力 23

2.7　化学势 24

2.7.1　化学势的概念 24

2.7.2　化学势与温度压力的关系 27

2.7.3　化学势在相变中的应用 28

2.7.4　理想气体化学势 29

第三章　表面张力及界面张力 30

3.1　表面张力的概念 30

3.2　表面（界面）自由能（表（界）面张力）的分子论含义 32

3.3　界面张力的概念 34

3.4　影响张力的因素 35

3.4.1　物质种类对表面张力的影响 35

3.4.2　界面的影响 36

3.4.3　温度对表面张力的影响 37

3.4.4　密度对表面张力的影响 39

3.4.5　压力对表面张力的影响 39

3.5　液体的表面、界面张力的测量方法 39

3.5.1　毛细管上升法 40

3.5.2　Du Noüy环法 40

3.5.3　气泡最大压力法 43

3.5.4　Wilhelmy板法 44

3.5.5　用滴重计法测量液体的表面张力 45

3.6　测定固体表面张力的方法 47

3.6.1　临界表面张力测定法 47

3.6.2　利用高聚物液体或熔体的表面张力与温度的关系求固体表面张力 48

3.6.3　估算法 49

3.7　基于ZYW-200B微控全自动界面张力仪测表面张力实例 49

3.7.1　结构和工作原理 49

3.7.2　试验前的准备工作 50

3.7.3　仪器的校验 51

3.7.4　液体的表面张力和界面张力的测量 51

3.7.5　对实际张力的校正 53

3.7.6　注意事项 53

3.8　液体的弹性——液体拉伸虎克定律 54

3.8.1　拉伸过程的线性特征 54

3.8.2　拉伸过程的可恢复性 55

3.8.3　液体单位面积的最大拉力与面积无关 57

3.8.4　液体拉伸的虎克定律 58

第四章　接触角与润湿 60

4.1　基本概念 60

4.1.1　接触角 60

4.1.2　润湿的概念 61

4.1.3　润湿现象的微观解释 63

4.2　影响接触角的因素 64

4.2.1　表面粗糙度对接触角的影响 65

4.2.2　表面材料组成对接触角的影响 65

4.2.3　接触角随温度的变化 66

4.3　接触角滞后现象及影响因素 66

4.3.1　表面粗糙度的影响 66

4.3.2　表面污染的影响 67

4.3.3　固体表面上淀积物的影响 67

4.4　三相线的力学平衡关系及Young方程 67

4.5　润湿的类型 69

4.5.1　沾湿 69

4.5.2　浸湿 70

4.5.3　铺展 71

4.6　接触角的测量原理或方法 73

4.6.1　测高法测量接触角原理 73

4.6.2　量角法测量接触角的原理 74

4.6.3　镜面反射法 75

4.6.4　平行光束法 76

4.6.5　毛细管上升下降法来推算接触角 76

4.6.6　测力法测量接触角的原理 77

4.7　基于量角法原理的接触角测定仪测量方法 78

4.7.1　JYSP—180接触角测定仪结构组成 78

4.7.2　仪器的安装和使用 78

第五章　Young-Laplace方程及应用 82

5.1 Young-Laplace方程 82

5.2　毛细管中的液体高度的Jurin准则 87

5.3　两板间的液桥力 88

5.4　水流散落成水珠 88

第六章　Kelvin方程及应用 91

6.1　Kelvin方程 91

6.2　Kelvin方程的应用 95

6.2.1　毛细孔凝结 95

6.2.2　人工降雨 96

6.2.3　弯月形半径的计算 96

6.3　亚稳定状态和新相的生成 97

6.3.1　过饱和蒸气 97

6.3.2　过热液体 97

6.3.3　过冷液体 98

6.3.4　过饱和溶液 98

第七章　表面张力梯度与Marangoni效应 99

7.1　表面张力梯度 99

7.2　Marangoni效应 100

7.3　Marangoni效应对几种现象的解释 101

7.3.1　肥皂泡 101

7.3.2　Tears of wine（酒泪） 102

7.3.3　湿法工艺中的硅片干燥 103

7.4　Marangoni对流 104

7.5　Marangoni对流的流态 106

7.5.1　层流流态 106

7.5.2　振荡流态 107

7.6　Marangoni效应研究方法 108

7.6.1　线性分析方法 109

7.6.2　非线性分析方法 110

7.6.3　数值计算 111

7.6.4　Marangoni对流流场的显示 111

7.6.5　间接测量方法 112

7.7　Marangoni对流的理论分析综述 114

第八章　毛细动力学 115

8.1 Hagen-Poiseuille方程 115

8.2　毛细流动的速率 116

8.3　毛细动力学方程 121

8.4　毛细流动过程及阶段划分 123

8.4.1　毛细流动过程的不同阶段 123

8.4.2　不同作用阶段的划分 125

第九章　液桥的概念及其作用 128

9.1　液桥概念 128

9.2　液桥的形成 128

9.3　液桥力 130

9.3.1　液桥力的概念 130

9.3.2　液桥力的形成机理 131

9.3.3　液桥力的分析模型 132

9.3.4　液桥系统的总自由能 136

9.4 液桥气液分界面的解——Young-Laplace方程 138

9.5　液桥系统中上层固体的液桥作用力 138

9.5.1　固定湿面的求解 138

9.5.2　恒量液体近似解 140

9.5.3　大间距的精确解 141

9.5.4　大间距球面液桥系统的精确求解 144

9.5.5　液桥的边缘效应 148

第十章　微机电系统与毛细作用 151

10.1　微机械加工中的毛细作用 151

10.1.1　MEMS中的毛细黏附 152

10.1.2　毛细黏附的控制 154

10.2　毛细作用驱动的MEMS流体自组装 156

10.3　平行板结构在毛细力作用下的动态特性 159

第十一章　毛细波 164

11.1　毛细波现象 164

11.2 自由表面波的色散关系 165

11.3 自由表面波的特性分析及毛细波的概念 169

参考文献 172