3.4探究植物油粘度對液滴爆炸的影響

接下來再探究疏水性物質種類對液滴爆炸的影響，疏水性物質有很多種，在實際實驗中不可能將所有的疏水性物質一一嘗試，所以要找出選擇有限疏水性物質種類的標準。本文開始選擇了五種疏水性物質進行嘗試，實驗表明（如表2所示）：對于硅油池與甘油池，沒有一個案例表現(xiàn)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)地進行擴散；對于蓖麻油池只有40%乙醇溶液無液滴爆炸現(xiàn)象產生。由此可以得出液滴只在特定種類疏水性物質上“爆炸”，并猜測與油的黏性有關。

表2疏水性物質種類對實驗的影響

故本文將選擇不同黏度梯度的疏水性物質進行實驗。采用蓖麻油和花生油進行試驗，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，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.分析實驗數(shù)據得到結論：微觀上黏度增大會導致最終形成的液滴減小，宏觀上黏度越大，液滴爆炸總時間越長，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：滴入更大的液滴會導致液滴爆炸總時間的延長和擴散半徑的增大。

3.6嘗試不同種類的液體

實驗6嘗試不同種類的液體。同理，液體種類也有很多種，無法一一研究，但在理論分析中發(fā)現(xiàn)乙醇具有特殊的分子結構，所以可以將同時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行實驗，實驗中也能觀察到小液滴的形成，認為發(fā)生了液滴爆炸的現(xiàn)象。

3.7改變溫度

實驗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(yǎng)皿底座為10℃、20℃、35℃下，實驗進行至30 s時的擴散現(xiàn)象圖。由實驗可見溫度的差異引起液滴爆炸的現(xiàn)象有顯著不同。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(shù)量越多，反之亦然。

圖7不同乙醇比例的實驗現(xiàn)象

圖8乙醇濃度對碎裂現(xiàn)象的影響

圖9視野區(qū)域

圖10碎裂液滴半徑與乙醇濃度關系

圖1199%乙醇滴落在油的表面現(xiàn)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(wěn)定擴散——液滴爆炸現(xiàn)象。證實由于乙醇濃度的不穩(wěn)定性導致液滴在沒有蒸發(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，液滴并不像經典的除濕現(xiàn)象那樣立即后退縮小。由蒸發(fā)引起的酒精濃度梯度產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(wěn)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。

本文通過理論分析、實驗設計，探究影響液滴爆炸碎裂的參數(shù)和影響最終液滴大小參數(shù)，將碎裂現(xiàn)象用液滴爆炸總時間、擴散半徑這兩個維度來衡量，得到以下結論：滴入液滴的初始乙醇濃度增大，擴散半徑會增大，液滴爆炸持續(xù)時間會延長，乙醇初始濃度增加會使得最終形成的液滴變??；疏水性油的黏度增大，擴散半徑會縮小，液滴爆炸持續(xù)時間會延長；疏水性油的黏度增大會導致最終形成的液滴減小；滴入液滴的體積增大，擴散半徑和時間會延長；類似于乙醇這樣同時具有羥基和烴基的有機溶液也可能會產生液滴爆炸現(xiàn)象；液滴爆炸現(xiàn)象跟溫度有關，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(shù)量越多。

液滴在界面上的運動在微流控領域有廣泛運用，本課題有望為相關領域的問題的解決帶來啟示。有資料表明油滴滴在水面也有類似的現(xiàn)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廣泛的實際意義。