液相下固、液、气纳米软物质的形貌及力学性能研究

作者：许懿; 程宇竹; 王川; 付帅; 靳亚康; 陈龙泉^*

来源：实验流体力学, 2023, 1-10.

• 纳米软物质
• 固–液–气界面
• 原子力显微镜
• 形貌表征
• 纳米压痕
• 力学性能
• 锚定效应

为保持稳定，纳米软物质在液相环境中通常呈球冠状，这对液相下不同纳米软物质的形貌表征和辨识具有一定挑战性。本文利用原子力显微镜（AFM）对水下微纳米水泡、聚合物液滴和表面气泡进行高分辨成像，通过改变扫描力来研究分析它们的形貌变化及形态特征；通过纳米压痕测试，分析了探针与固、液、气界面的相互作用，并获得了它们的力学特性。研究结果表明：在0.5 nN扫描力下，水泡、液滴和气泡的形貌均呈球冠状；在大扫描力（5.0 nN）下，水泡形貌不变，液滴体积减小，气泡消失。在3.0 nN载荷的压痕实验中，顶点处的力–距离曲线表明三者均发生了弹性形变。探针脱离液滴需克服较大黏附力，气泡则呈现两段式弹性变形。此外，由于锚定效应的影响，球冠边缘位置抵抗变形的能力更强。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）纳米膜的模量（约为3.38 GPa）和水泡弹性变形时的载荷无关。小尺寸PDMS液滴在水下的界面张力约为37.3 mN/m，表面气泡的气–液界面张力约为32.5 mN/m。

• 单位
  电子科技大学; 成都陵川特种工业有限责任公司; 物理学院