
冷凍過程中的水滴在碰到表麵時傾向於兩件事:凝固或反彈。而在某些工程應用中,冶金,一些3D打印工藝, 這個二進製的結果可能是非常重要的。問題在於,很難預測或控製液滴的流向。到目前為止,對這種液滴的行為的研究傾向於集中在它們落下的表麵的疏水性質:換句話說,這些表麵是否傾向於吸引或排斥水。但麻省理工學院的研究人員他們正在研究那些表麵的熱性能,認為這些表麵的熱性能“調諧”可以允許控製液滴的各種應用。
麻省理工學院機械工程係副教授克裏帕·瓦拉納西(Kripa Varanasi)說:“我們發現了很有趣的東西,我們有兩種基材具有相似的潤濕性質(在表麵上擴散或卷起的趨勢),但具有不同的熱性能。“對於研究人員的驚喜,與常見的假設相反,兩種底物的行為方式非常不同。

熔融金屬液滴“脫落”矽樹脂基材,但是緊貼玻璃表麵。由於(yu) 玻璃是一種良好的絕熱材料,實驗使研究人員相信,可以通過調整其衝(chong) 擊表麵的熱性能來控製液滴的附著力。瓦拉納西說:“它為(wei) 我們(men) 控製這種液固相互作用的結果提供了新的工具。”通過熱性質,研究人員不僅(jin) 僅(jin) 在談論溫度。相反,諸如熱效率的因素 - 材料可以交換熱量的速率發揮很大的作用。即使每個(ge) 溫度相同,它比木製板子感覺比在一個(ge) 石頭地板上更冷。這是因為(wei) 具有較高熱效率的石材表麵可以更快地將熱量從(cong) 您的腳上吸走。並且液滴的行為(wei) 是相似的。當他們(men) 在液體(ti) 和基底之間的界麵研究局部冷凍機製時,研究人員注意到液滴外邊緣條紋的逐漸發展。
這一切都是在一台熱敏高速攝像機上拍攝的,它顯示“當冰塊凍結時,液滴意外地卷曲起來並從(cong) 表麵上分離出來。”研究人員創造了“自剝”一詞來描述這種卷曲和分離現象。“這種現象的主要成分是短時間流動動力學之間的相互作用,這種動力學確定了附著力,並導致更長的時間尺度的熱效應。知道這一點,研究人員可以組合一個(ge) “設計圖”,其中概述了關(guan) 鍵的熱性質 - 溫度,滴落和底物的揮發性等 - 影響液滴是否會(hui) 粘附,反彈或“自剝”。
麻省理工學院研究人員的主要實驗包括研究熔融金屬液滴在各種表麵時的行為(wei) 。這是特別感興(xing) 趣的領域,因為(wei) 涉及金屬噴塗的沉積的工業(ye) 過程取決(jue) 於(yu) 理解和控製金屬液滴的粘附。研究人員在他們(men) 的研究論文中解釋說:“這些見解在從(cong) 熱噴塗和添加劑製造到極紫外光刻的過程中具有廣泛的應用。
為(wei) 了實際應用他們(men) 的研究結果,研究人員設想了一個(ge) 能夠立即調整表麵特性以使液滴粘滯或反彈的係統。有時候,這樣調整溫度也是一樣簡單,盡管也可以進行更複雜的調整。
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