Apparent slip flows in hydrophilic and hydrophobic microchannels
摘要
实验研究了微通道内水的表观滑移，选择了高度介于1至20微米之间的派热克斯玻璃微通道制造工艺，以确保对微通道高度的良好控制并自动得获得光滑表面。用RCA-1标准清洗法制备亲水性表面，并通过用十八烷基三氯甲硅烷（OTS）的自组装单分子层涂抹覆盖通道表面来产生疏水性表面。
用高精度流量计量系统测量了各种表面状态的纯水在各种不同压力下的流量,观察到疏水通道的流量大于同一亲水通道的流量。流速的增加可以通过假定壁面滑移速度来解释。随着通道高度降低和剪切速率增加，滑移效应更加明显。滑移长度随剪切速率的增加而增加，并且在105 s-1的剪切速率下在疏水通道中的滑移长度具有约40nm的值，在亲水通道中具有15mu;m的值。
概述
在过去的一个世纪，对于大多数宏观流动，已经认为防滑边界条件是适当的。然而，随着工程应用到达微米和纳米尺度，其已经受到新的关注，并且作为诊断技术提高了探测在分子尺度上流体-表面相互作用的物理学。特别地，流体-表面相互作用（例如流体的润湿能力）的变化可能影响流体与原子尺度上的表面交换动量的能力，导致在固壁处的速度滑移。
先前已经使用各种实验技术研究了亲水和疏水表面上的滑动速度，并且报道了滑移长度从约20nm变化到高达1mu;m。由这些研究推断的宽范围的长度，对依赖性的不确定性剪切速率以及在任何单个实验中所涵盖的相当有限的剪切速率范围，推动了当前的实验，其中在宽的剪切速率范围内仔细地测量滑动速度并且仔细控制精密几何形状。目前的技术将施加的压力梯度与通过微通道的水的流速相关联，所述微通道具有精细控制的几何形状和被处理为亲水或疏水的原子光滑表面。通过基于系统的水中真空描述的简单理论，测量数据与滑移长度相关。这些实验与Arkilic，Schmidt和Breuer的实验密切相关，他们测量了通过精确制造的硅微通道产生的气体的滑动速度和动量调节系数。在这种情况下，由于小通道尺寸导致的气体共存导致固体表面处的滑移。目前的结果是连续的工作，将其扩展到液体流（这需要一个新的流量测量技术），并研究亲水和疏水表面特性的影响。
实验方法
我们假设通过高度，2h，宽度w和长度L的高宽比通道的不可压缩流体，其特征在于在固体边界处的未知滑动速度uslip。 Navier-Stokes方程可以针对这种条件求解，得到流速Q作为所施加的压降Delta;p和通道几何形状的函数：
其中mu;是流体粘度。如果所有几何和流体参数是已知的，则可以从Q（Delta;p）测量计算uslip。 通过使用Navier假设来判断流体在固体表面的速度与表面的剪切应力成正比，滑动长度delta;可以表示为：
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