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電潤濕透鏡(electrowetting liquid lens)-電潤濕基本理論
電潤濕基本理論
少量液滴滴于固體基地,它的形狀取決于液滴分子間作用力以及液滴分子與基底分子間作用力的相對強度。電潤濕(Electrowetting,EW)是指通過調整施加在液滴與絕緣介質下電極之間的電勢,來改變液滴于介質表面的濕潤特性,從而改變液滴和介質表面的接觸角,使液滴產生形變,進而使液滴內部產生壓強差,驅使液滴運動的現象。
如圖1所示,Young方程描述了液滴與介質表面的接觸角和表面(固、氣、液)張力間的關系:
cosθ =σSV-σSL/σLV
式中,σSV、σLV、σSL分別為固-氣、液-氣、固-液之間的表面張力;θ為接觸角。
當在固體和液滴之間施加電壓U 后(見圖2),固體與液滴之間的表面張力變小,其關系由Lippmann方程描述
σSLU =σSL -?*ε0ε/d*U2
其中,分別為外加電場前、后的固-液間表面張力;ε0、ε 為真空中介電常數和介質層的有效介電常數;d為介質層有效厚度。由式(cosθ =σSV-σSL/σLV)和式(σSLU =σSL -?*ε0ε/d*U2),外加電壓后的接觸角θU 的變化可由Young-Lippmann方程給出:
cosθU =cosθ0 +?* ε0ε/d * U2/ σLY
其中,θ0 、θU 分別為加電前后的接觸角。接觸角正比于U2,介質層的厚度和材料的介電常數也影響電壓對于接觸角的控制。
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