Flussgesteuerte Selbstantrieb von Öltropfen auf der Oberfläche einer Tensidlösung, beobachtet durch zeitaufgelöste Oberflächenspannungs- und Oberflächenflussgeschwindigkeitsmessungen

Die unausgeglichene Kraft der interfacialen Spannung, die auf ein Objekt angewendet wird, wurde oft in der Analyse des Bewegungsmechanismus selbstangetriebener Systeme berücksichtigt. Allerdings führen heterogene Verteilungen der interfacialen Spannung auch zu Marangoni-Strömungen, und diese Strömungen tragen ebenfalls zur Selbstantrieb durch die viskose Kraft bei. Der Beitrag solcher Strömungen wurde nicht direkt beobachtet, während der Unterschied in der interfacialen Spannung in einigen Systemen gemessen wurde. In dieser Studie wurden gleichzeitige Messungen der interfacialen Spannung und der Oberflächenflussgeschwindigkeit der eindimensionalen selbstangetriebenen Bewegung eines Butylsalicylat (BS) Tropfens in einem zirkularen Kanal auf einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylsulfat (SDS) durch die quasi-elastische Laserstreumethode erreicht. Die Tropfenposition wurde auch aufgezeichnet, indem seine Fluoreszenz, die durch UV-Licht angeregt wurde, beobachtet wurde. Die Geschwindigkeit des BS-Tropfens, die von der interfacialen Spannung und der Oberflächenflussgeschwindigkeit abhängt, wurde gemessen, indem die anfängliche BS-Konzentration, die in der SDS-wässrigen Lösung gelöst ist, variiert wurde. Als Ergebnis wurde ein periodisches Abnehmen der interfacialen Spannung und ein periodisches Zunehmen der Geschwindigkeit sowohl der Vorwärts- als auch Rückwärtsströmungen beobachtet, wenn der Tropfen die Probenahmestelle der zeitaufgelösten Messungen passierte. Als sie in die Verteilung im Raum der Tropfenposition umgewandelt wurden, wurde keine Abhängigkeit der Tropfengeschwindigkeit von dem Unterschied in der interfacialen Spannung zwischen der Vorder- und Rückseite des Tropfens beobachtet. Andererseits nahm die Geschwindigkeit sowohl der Vorwärts- als auch Rückwärtsströmungen zu, als die Tropfengeschwindigkeit zunahm. Durch die Analyse der obigen Ergebnisse mit einem vereinfachten Modell wurde klargestellt, dass der Vorwärtsfluss, der durch den Gradienten der interfacialen Spannung an der Tropfenfront angetrieben wird, tatsächlich wichtig für den Mechanismus der unidirektionalen selbstangetriebenen Bewegung eines Tropfens ist.