3.4探究植物油粘度对液滴爆炸的影响

接下来再探究疏水性物质种类对液滴爆炸的影响，疏水性物质有很多种，在实际实验中不可能将所有的疏水性物质一一尝试，所以要找出选择有限疏水性物质种类的标准。本文开始选择了五种疏水性物质进行尝试，实验表明（如表2所示）：对于硅油池与甘油池，没有一个案例表现出液滴的扩散；对于食用调和油、菜籽油池，40%、60%和80%乙醇溶液液滴在降落到油池上后均立即自发地进行扩散；对于蓖麻油池只有40%乙醇溶液无液滴爆炸现象产生。由此可以得出液滴只在特定种类疏水性物质上“爆炸”，并猜测与油的黏性有关。

表2疏水性物质种类对实验的影响

故本文将选择不同黏度梯度的疏水性物质进行实验。采用蓖麻油和花生油进行试验，蓖麻油的黏度（1452.91 mm2/s）远大于花生油（108.34 mm2/s），当乙醇浓度为70%时，在蓖麻油上最终液滴的半径接近0.01 mm,远小于对应花生油的测量值0.0743 mm.分析实验数据得到结论：微观上黏度增大会导致最终形成的液滴减小，宏观上黏度越大，液滴爆炸总时间越长，最大扩散半径越小。

3.5探究滴入液滴的体积对液滴爆炸的影响

实验5探究滴入液滴体积对液滴爆炸的影响，采用不同孔径注射器，向高黏度蓖麻油油层上，滴入大液滴体积0.17 ml、小液滴体积0.08 ml的70%浓度的乙醇溶液，得到结论是：滴入更大的液滴会导致液滴爆炸总时间的延长和扩散半径的增大。

3.6尝试不同种类的液体

实验6尝试不同种类的液体。同理，液体种类也有很多种，无法一一研究，但在理论分析中发现乙醇具有特殊的分子结构，所以可以将同时具有羟基和烃基作为选择的标准，本文采用二乙二醇丁醚进行实验，实验中也能观察到小液滴的形成，认为发生了液滴爆炸的现象。

3.7改变温度

实验7改变温度。改变温度首先探究改变环境温度，如图16所示，分别是60%酒精溶液在培养皿底座为10℃、20℃、35℃下，实验进行至30 s时的扩散现象图。由实验可见温度的差异引起液滴爆炸的现象有显著不同。温度越高分裂越剧烈，反应扩散的速度越快，分裂出的液滴小，数量越多，反之亦然。

图7不同乙醇比例的实验现象

图8乙醇浓度对碎裂现象的影响

图9视野区域

图10碎裂液滴半径与乙醇浓度关系

图1199%乙醇滴落在油的表面现象

4结论

本文主要展示了水和乙醇的二元混合物在油浴上的不稳定扩散——液滴爆炸现象。证实由于乙醇浓度的不稳定性导致液滴在没有蒸发的情况下完全扩散。继而酒精的蒸发改变了混合物在扩散前沿附近的润湿性，从而迅速阻止其发展。然而，液滴并不像经典的除湿现象那样立即后退缩小。由蒸发引起的酒精浓度梯度产生了从液滴中心到其外围的强烈马兰戈尼效应，使液滴分裂出微小的液滴。这种不稳定性不限于酒精~水混合物滴沉积在植物油上的特殊情况。水和乙醇的混合物沉积在蓖麻油上、水和二乙二醇丁醚的混合物沉积在植物油上也都可获得相同的特征。

本文通过理论分析、实验设计，探究影响液滴爆炸碎裂的参数和影响最终液滴大小参数，将碎裂现象用液滴爆炸总时间、扩散半径这两个维度来衡量，得到以下结论：滴入液滴的初始乙醇浓度增大，扩散半径会增大，液滴爆炸持续时间会延长，乙醇初始浓度增加会使得最终形成的液滴变小；疏水性油的黏度增大，扩散半径会缩小，液滴爆炸持续时间会延长；疏水性油的黏度增大会导致最终形成的液滴减小；滴入液滴的体积增大，扩散半径和时间会延长；类似于乙醇这样同时具有羟基和烃基的有机溶液也可能会产生液滴爆炸现象；液滴爆炸现象跟温度有关，温度越高分裂越剧烈，反应扩散的速度越快，分裂出的液滴越小，数量越多。

液滴在界面上的运动在微流控领域有广泛运用，本课题有望为相关领域的问题的解决带来启示。有资料表明油滴滴在水面也有类似的现象，因此本研究也可能在海上石油污染的预估和检测等方面提供帮助。因此，对于液滴爆炸中马兰戈尼效应的研究有着广泛的实际意义。