凝聚态物理 > 软凝聚态物理
[提交于 2018年6月18日
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标题: 毛细力作用于液气界面处的小粒子:理论与模拟
标题: Capillary Forces on a Small Particle at a Liquid-Vapor Interface: Theory and Simulation
摘要: 我们研究了半径为$R$的小球形粒子在外侧的弯月面。 液体被限制在一个有限半径为$L$的圆柱形容器中,并在容器表面具有接触角$\pi/2$。 粒子的中心位于容器中心轴的不同高度上。 通过改变$L$,我们可以系统地研究弯月面从纳米尺度到宏观尺度的转变。 颗粒上的弯月面升高或下降被发现随着$\ln (2L/R)$增长,当$R\ll L\ll \kappa^{-1}$时,$\kappa^{-1}$为毛细管长度,并在$R \ll \kappa^{-1} \ll L$时达到由 Derjaguin-James 公式预测的值。 当位移较小时,颗粒上的毛细力与颗粒在界面处平衡位置的位移呈线性关系。 与之相关的弹簧常数为$2\pi\gamma\ln^{-1} (2L/R)$对于$L\ll \kappa^{-1}$并且对于$L\gg \kappa^{-1}$饱和到$2\pi\gamma\ln^{-1} (3.7\kappa^{-1}/R)$。 在纳米尺度上,我们对所述几何结构进行分子动力学模拟,结果与毛细管宏观理论的预测相符。 在微米到宏观尺度上,与 Anachkov\textit{等人}[Soft Matter{\bf 12}, 7632 (2016)] 的实验比较表明,为了解释使用$L \sim \kappa^{-1}$收集的实验数据,需要考虑液-气或液-液界面的有限跨度。
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