液滴尺寸对金属墨水黏附性的影响研究

当液态金属墨水从喷枪中喷出时，会雾化成大量的微液滴，在喷枪气压为350 kPa时微液滴的尺寸为700 nm～50 μm［35］。液滴处于空气中时在外表面会生成一层氧化物，对镓基液态金属墨水GaIn24.5或Ga68.5 In21.5 Sn10来说，表面氧化物的成分为Ga2 O3/Ga2 O［39，40］。下面研究金属微液滴的尺寸对其黏附性质的影响，假设R和d分别代表金属液滴的半径和氧化层的厚度，如图11.5所示。理论上，氧化物的体积分数可表达为

图11.5　液态金属微液滴在基底上的沉积示意（放大图为单个液滴的成分结构，R代表金属液滴的半径，d代表液滴表面氧化层的厚度）［36］

如果d=1，R的变化范围是0到20，则绘制的F-d关系曲线如图11.6所示。从图中可以看出，氧化物的体积分数F随着R的增大而增大。由于液滴的表面张力和氧化物含量成正比关系［35］，金属液滴越小，氧化物含量就越大，因而表面张力越大，液滴与基底的黏附性就越好。另外，金属液滴的氧化物含量越大，液滴和固态基底的接触角就越小［41］。根据Young-Dupre方程［42］(www.xing528.com)

其中，WSL代表将液滴从基底上分离所需做的功，即液滴的黏附功，γL代表液滴的表面张力，θ为液滴与基底的接触角。当液滴越小时，γL越大，θ越小，因而WSL越大，即液滴具有更好的黏附性。

图11.6　液态金属微液滴表面氧化物百分比含量与液滴半径的关系［36］

根据Wenzel理论［43］，液态金属液滴和基底的接触角会受到基底表面粗糙度的影响。由方程（11-2）可以看出，液滴的黏附功也因此受到影响。当接触角θ＞90°时，基底表面越光滑，接触角越小；当θ＜90°时，表面越光滑，接触角越大。