Столкновение капель с твердой поверхностью является широко распространенным явлением в естественных и промышленных сценариях. Время контакта твердой / жидкой жидкости во время столкновения является одним из ключевых факторов, определяющих массу, импульс и эффективность передачи энергии между двумя фазами твердой жидкости. Уменьшение времени контакта с твердым / жидким раствором и побуждение капель быстро отделяться от твердой поверхности всегда было проблемой в таких сценариях применения, как сбор энергии, управление теплом и защита от обледенения. Исследователи дополнительно сокращают время контакта, проектируя различные градиентные поверхности, которые часто требуют точного регулирования точки столкновения капли или ограничиваются более узким диапазоном скорости столкновения капли.

В ответ на вышеуказанные вопросы, в ближайшее времяПрофессор Ван Буркай, Технологический университет ГонконгаБыла спроектирована двухградиентная поверхность, которая позволяет каплям, сталкивающимся с этой поверхностью, автоматически переключаться на соответствующие режимы подпрыгивания при различных скоростях столкновения. Этот адаптивный переключающийся прыжок капель позволяет избежать необходимости управления точкой столкновения капель и обеспечивает быстрое удаление капель в более широком диапазоне скоростей столкновения капель. Содержание соответствующего исследования "Самоадаптирующаяся капля, отскачивающая на двойной градиентной поверхностиВ качестве темы, опубликованной в журнале Small, Ву Чэньян, аспирант Городского университета Гонконга, является первым автором.

Исследование спроектировало поверхность с двухградиентной структурой, как показано на рисунке 1. Члены команды используютКомпания NanoArch. ® S140 Микроскопический 3D - принтер для создания микро - игольчатой решеткиОснование микроиглы 300 мкм, длина 800 мкм и расстояние между микроиглами 300 мкм показывают хорошую форму и распределение массивов на изображениях SEM.

Первая градиентная структура двухградиентной поверхности состоит из непрерывных выпуклых островов с боковым асимметричным изгибом, который способствует асимметричному разложению капель и ускоряет их отскок. Второй градиент состоит из микро - конической микроиглы, расстояние между конусами постепенно сужается в вертикальном направлении, что позволяет каплям накапливать достаточное количество капиллярной энергии во время падения и выполнять быстрое преобразование кинетической энергии в капиллярную энергию.

Эксперименты показали, что капли, сталкивающиеся с этой поверхностью, демонстрируют асимметричный режим прыжка при более низкой скорости столкновения (число Вебера менее 9,7), время контакта с твердой жидкостью уменьшается до 13,2 мс, а при более высокой скорости столкновения (число Вебера более 9,7) переключаются на режим пирожного прыжка, время контакта с твердой жидкостью уменьшается до 4,5 мс. Экспериментальный и теоретический анализ показал, что адаптивность этого режима прыжка вызвана как конкуренцией капиллярного давления, так и динамическим давлением воды, а также перераспределением энергии в процессе разложения капель на горизонтальной поверхности.

По сравнению с другими стратегиями, о которых сообщалось ранее, двухградиентная поверхность, разработанная для работы, сочетает в себе преимущества асимметричных и пирожных прыжков, которые не требуют точного управления точкой столкновения капель, чтобы обеспечить эффективный быстрый отрыв капель в более крупном диапазоне чисел Вебера, предлагая новые идеи для быстрого отрыва капель.

Оригинальная ссылка:

https://doi.org/10.1002/smll.202304635

Примечание: Получены авторские права на воспроизведение