Диссертация (1144795), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Конечная картина фации капли трех БЖ(смывов с миндалин, носового секрета и СК) и образование трещин варьируются в зависимости от кинетики испарения.50%75%55%70%Рисунок 5.1 − Морфология фаций смывов с миндалин при различных значенияхвлажности. Объем капли 20 мкл. Температура окружающего воздуха 25 °С241На Рисунках 5.1 показано, что площадь многоугольных ячеек в центральной области фации зависит от скорости испарения. При увеличениивлажности эти многоугольные ячейки, ограниченные радиальными и поперечными трещинами, смещаются и становятся больше, и больше смещаютсяв сторону центра фации, заполняя всю центральную область ограниченныхчеткими темными трещинами.
Это смещение вызывает уменьшение их в области периферии. Это показывает, что области прикрепления и площадьюповерхности ячейки зависит от скорости испарения. При низкой скоростииспарения (высокая относительная влажность) наблюдаются большие адгезионные зоны, тогда как при высокой скорости испарения (низкая относительная влажность) наблюдаются более мелкие прилипающие участки сячейками.При влажности больше 60% площадь поверхности многоугольныхклеток,разделенныхбелымитрещинами,постепенноувеличивается,оставляя ячейки, ограниченные темными трещинами, которые являютсямалыми. При влажности выше 60 % толщина геля является достаточнотонкой, чтобы индуцировать небольшие ячейки (ограниченные темнымитрещинами),которыеполностьюприлипаюткподложке(высокиеадгезионные области). Как следствие, процесс расслаивания происходиттолько на краях фации (область прилипания здесь уменьшается).
Этотпроцесс связан с процессами изгиба, который быстро преодолеваетсяадгезией геля к подложке. Было замечено, что гелеобразная область принизкой скорости испарения (влажность 66,5%) выше, чем при высокойскорости испарения (влажность 40 – 50%) из-за фронта уплотнения, которыйраспространяется радиально внутрь высыхающей фации. Кроме того, времяначала образования первых трещин увеличивается по мере увеличениявлажности и при низкой скорости испарения (высокая относительнаявлажность), первые трещины появляются примерно на 25% от общеговремени испарения. Время образования первых трещин, по-видимому,увеличивается с увеличением относительной влажности, поскольку оно242зависит от модуля упругости геля.Общий принцип качественной организации фации носового секрета наРисунке 5.2 характеризовался делением ее площади на две зоны:периферическую и центральную.
Периферическая зона представляла собойтонкий пустой, бесструктурный пояс при влажности 65 – 75% вокругнасыщенной кристаллическими структурами широкой центральной зоны.Центральная зона характеризовалась заполнением пространства в основномдендритными кристаллами, имевшими острые треугольные расширенныеокончания,множествомикроотростковипреимущественнопрямоенаправление к центру фации. В центральной части фации с увеличениемвлажности возрастает число радиальных и поперечных трещин, дендритныхструктур.70%55%65%60%Рисунок 5.2 − Морфология фаций носового секрета при различных значенияхвлажности. Объем капли 20 мкл.
Температура воздуха 24 °СПри повышении влажности до 70% структуры в центральной зоне проявляли изменение формы кристаллов: переходом от относительно крупныхкристаллических структур с большими промежутками к мелким, узким, вы-243тянутым, близко расположенным кристаллам, заполнявшим собой всю площадь, с искривленным характером основного ствола и отростков, появлениемкристаллических агрегатов неправильной формы, кристаллических с асимметричным типом ветвления, дополнительных центров кристаллизации.Исследование влияния относительной влажности на образования трещин и морфологических структур фаций капли СК показало, что скоростьиспарения влияет на диаметры и расположение бляшек в периферическойобласти в конце процесса испарения капли (Рисунок 5.3).
При низких скоростях испарения (высокая относительная влажность) структуры разупорядоченных круглых бляшек располагаются на большей площади по сравнению свысокими скоростями испарения (низкая относительная влажность).55%70%60%65%Рисунок 5.3 − Морфология фаций сыворотки крови при различных значенияхвлажности.
Объем капли 20 мкл. Температура воздуха 25 °С. х12Различия в образовании трещин объяснялись конкуренцией между адгезией геля к стеклянной подложке и выпариванием растворителя. Изменяяскорость испарения, изменяется соотношение между временем гелеобразования и испарения tG/tF, которое изменяет поле механического ограничения высыхающего геля. Это механическое ограничение изменяет напряжения в су-244хой пленке и, следовательно, образование трещин и, следовательно, динамика трещины.При увеличении влажности с 55 % до 70 % площадь поверхности многоугольных ячеек (ограниченных трещинами) в периферической области фации становится все более крупной.
В каждой ячейке наблюдаются участки снизкой адгезией. Низкие адгезионные области между СК и подложкой различаются в центральной и периферической областях. Во время первой фазы испарения СК (при низкой влажности) формируется фронт уплотнения, и онраспространяется радиально к центру фации.Этот фронт разделяет две разные области: гелеобразную и жидкую области. На начальных этапах испарения образование трещин (t ~ 0,06·tF принизкой влажности) трещины зарождаются в гелеобразной области вблизиКЛ.
Позже эти трещины, которые расположены в радиальном направлении,распространяются в центр фации. В периферической области фации среднийинтервал между трещинами уменьшается, но количество трещин остаетсяприблизительно постоянным. При уменьшении радиуса капли до 95% числотрещин внезапно уменьшается, а затем происходит внезапная остановка радиальных трещин при уменьшении радиусе капли 70%. Трещины орторадиально сливаются со своими соседями, и, следовательно, меньшее количество трещин продолжает распространяться в направлении центра фации.Этот механизм обусловлен наличием орто-радиальных напряжений, параллельных краю трещины. Во время гелеобразования весь объем капли гелеобразный. После фазы перехода (или фазы гелеобразования) адгезивная областькаждой ячейки постепенно сжимается до образования круговой прилипшейобласти.
Этот процесс приводит к частичному отделению геля от подложки,который называется процессом расслаивания. По мере того, как испарениепродолжается, каждая круглая бляшка подвергается сжимающей силе на поверхности фации из-за постепенного повторного нарастания со временемостаточного механического растягивающего напряжения. Когда накопленнаяэнергия упругой деформации в геле преодолевает энергию адгезии геля, при-245крепленного к подложке, каждая ячейка меняется, когда ее края поднимаются из плоскости адгезии, образуя вогнутую форму. Многоугольные ячейкидеформируются из-за расслаивающего фронта.
Этот расслаивающий фронтзарождается от края и распространяется до центра ячейки. Это происходитпреимущественно из-за высоких механических напряжений в этих местах.Отслоение фронта останавливается, когда энергия упругой деформацииуравновешивается энергией адгезии. Однако процесс расслаивания распространяется внутрь после динамики формирования трещины. После полногоиспарения (при t = tF) в периферической области наблюдается картина, состоящая из регулярно расположенных радиальных трещин, тогда как в центре капли наблюдается картина мелкомасштабных иерархических трещин.Это наиболее четко наблюдалось при влажности меньше 60%.Наши экспериментальные результаты также показывают, что ширинапериферической области фации СК остается постоянной, независимо отуровня влажности.
Но скорость испарения сильно влияет на морфологические и структурные образования трещин в фации капли СК. Кроме того, мызаметили влияние относительной влажности на геометрические параметры.Наши эксперименты показывают, что равновесный контактный угол уменьшается в зависимости от влажности из-за зависимости динамического контактного угла от скорости контактной линии в тот момент, когда капля касается стеклянной подложки на начальном этапе испарения. На окончательномэтапе испарения капли окончательная форма фации определяется осаждением из-за эффекта пиннинга КЛ и скоростью испарения.
Из-за влияния влажности на КУ и на диаметр капли начальная скорость испарения показываетзависимость от влажности. Эта зависимость показана нашими экспериментальными результатами, которые хорошо коррелируют с нашей теоретической диффузионной моделью. Действительно, капля сыворотки крови начинает испарятся в окружающем воздухе, состоящем из концентрации пара, которая увеличивается с увеличением влажности. Поэтому высокая относительная влажность уменьшает чистый поток молекул испаряющейся воды,246что снижает механизмы переноса молекул белка на край капли и увеличиваетвремя формирования Рисунка. Следовательно, на новый равновесный контактный угол влияют как концентрация частиц вблизи КЛ, так и скорость испарения на краю капли.
Переход между режимом чисто конвективного испарения и режимом гелеобразования всегда составляет 65% от общего временисушки.Исследования установили, что при низких скоростях испарения (высокой относительной влажности окружающей среды), капли БЖ обладаютбольшей адгезией с подложкой, чем при высокой скорости сушки (низкая относительная влажность окружающей среды).Наши эксперименты показывают, что контактный угол капли уменьшается в зависимости от относительной влажности среды, которая сильно влияет на конечную стадию формирования фации. Наблюдаемое появление трещин в фации в конце процесса испарения обусловлено конкуренцией междурежимом испарения и процессом гелеобразования внутри капли СК. То есть,скорость испарении капли СК при различных уровнях влажности влияет наокончательную структуру фации всех рассмотренных БЖ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
