3.4探究植物油粘度對液滴爆炸的影響

接下來(lái)再探究疏水性物質(zhì)種類(lèi)對液滴爆炸的影響，疏水性物質(zhì)有很多種，在實(shí)際實(shí)驗中不可能將所有的疏水性物質(zhì)一一嘗試，所以要找出選擇有限疏水性物質(zhì)種類(lèi)的標準。本文開(kāi)始選擇了五種疏水性物質(zhì)進(jìn)行嘗試，實(shí)驗表明（如表2所示）：對于硅油池與甘油池，沒(méi)有一個(gè)案例表現出液滴的擴散；對于食用調和油、菜籽油池，40%、60%和80%乙醇溶液液滴在降落到油池上后均立即自發(fā)地進(jìn)行擴散；對于蓖麻油池只有40%乙醇溶液無(wú)液滴爆炸現象產(chǎn)生。由此可以得出液滴只在特定種類(lèi)疏水性物質(zhì)上“爆炸”，并猜測與油的黏性有關(guān)。

表2疏水性物質(zhì)種類(lèi)對實(shí)驗的影響

故本文將選擇不同黏度梯度的疏水性物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗。采用蓖麻油和花生油進(jìn)行試驗，蓖麻油的黏度（1452.91 mm2/s）遠大于花生油（108.34 mm2/s），當乙醇濃度為70%時(shí)，在蓖麻油上最終液滴的半徑接近0.01 mm,遠小于對應花生油的測量值0.0743 mm.分析實(shí)驗數據得到結論：微觀(guān)上黏度增大會(huì )導致最終形成的液滴減小，宏觀(guān)上黏度越大，液滴爆炸總時(shí)間越長(cháng)，最大擴散半徑越小。

3.5探究滴入液滴的體積對液滴爆炸的影響

實(shí)驗5探究滴入液滴體積對液滴爆炸的影響，采用不同孔徑注射器，向高黏度蓖麻油油層上，滴入大液滴體積0.17 ml、小液滴體積0.08 ml的70%濃度的乙醇溶液，得到結論是：滴入更大的液滴會(huì )導致液滴爆炸總時(shí)間的延長(cháng)和擴散半徑的增大。

3.6嘗試不同種類(lèi)的液體

實(shí)驗6嘗試不同種類(lèi)的液體。同理，液體種類(lèi)也有很多種，無(wú)法一一研究，但在理論分析中發(fā)現乙醇具有特殊的分子結構，所以可以將同時(shí)具有羥基和烴基作為選擇的標準，本文采用二乙二醇丁醚進(jìn)行實(shí)驗，實(shí)驗中也能觀(guān)察到小液滴的形成，認為發(fā)生了液滴爆炸的現象。

3.7改變溫度

實(shí)驗7改變溫度。改變溫度首先探究改變環(huán)境溫度，如圖16所示，分別是60%酒精溶液在培養皿底座為10℃、20℃、35℃下，實(shí)驗進(jìn)行至30 s時(shí)的擴散現象圖。由實(shí)驗可見(jiàn)溫度的差異引起液滴爆炸的現象有顯著(zhù)不同。溫度越高分裂越劇烈，反應擴散的速度越快，分裂出的液滴小，數量越多，反之亦然。

圖7不同乙醇比例的實(shí)驗現象

圖8乙醇濃度對碎裂現象的影響

圖9視野區域

圖10碎裂液滴半徑與乙醇濃度關(guān)系

圖1199%乙醇滴落在油的表面現象

4結論

本文主要展示了水和乙醇的二元混合物在油浴上的不穩定擴散——液滴爆炸現象。證實(shí)由于乙醇濃度的不穩定性導致液滴在沒(méi)有蒸發(fā)的情況下完全擴散。繼而酒精的蒸發(fā)改變了混合物在擴散前沿附近的潤濕性，從而迅速阻止其發(fā)展。然而，液滴并不像經(jīng)典的除濕現象那樣立即后退縮小。由蒸發(fā)引起的酒精濃度梯度產(chǎn)生了從液滴中心到其外圍的強烈馬蘭戈尼效應，使液滴分裂出微小的液滴。這種不穩定性不限于酒精~水混合物滴沉積在植物油上的特殊情況。水和乙醇的混合物沉積在蓖麻油上、水和二乙二醇丁醚的混合物沉積在植物油上也都可獲得相同的特征。

本文通過(guò)理論分析、實(shí)驗設計，探究影響液滴爆炸碎裂的參數和影響最終液滴大小參數，將碎裂現象用液滴爆炸總時(shí)間、擴散半徑這兩個(gè)維度來(lái)衡量，得到以下結論：滴入液滴的初始乙醇濃度增大，擴散半徑會(huì )增大，液滴爆炸持續時(shí)間會(huì )延長(cháng)，乙醇初始濃度增加會(huì )使得最終形成的液滴變??；疏水性油的黏度增大，擴散半徑會(huì )縮小，液滴爆炸持續時(shí)間會(huì )延長(cháng)；疏水性油的黏度增大會(huì )導致最終形成的液滴減??；滴入液滴的體積增大，擴散半徑和時(shí)間會(huì )延長(cháng)；類(lèi)似于乙醇這樣同時(shí)具有羥基和烴基的有機溶液也可能會(huì )產(chǎn)生液滴爆炸現象；液滴爆炸現象跟溫度有關(guān)，溫度越高分裂越劇烈，反應擴散的速度越快，分裂出的液滴越小，數量越多。

液滴在界面上的運動(dòng)在微流控領(lǐng)域有廣泛運用，本課題有望為相關(guān)領(lǐng)域的問(wèn)題的解決帶來(lái)啟示。有資料表明油滴滴在水面也有類(lèi)似的現象，因此本研究也可能在海上石油污染的預估和檢測等方面提供幫助。因此，對于液滴爆炸中馬蘭戈尼效應的研究有著(zhù)廣泛的實(shí)際意義。