Sự va chạm của các giọt trên bề mặt rắn là một hiện tượng phổ biến trong các tình huống tự nhiên và công nghiệp. Trong đó thời gian tiếp xúc rắn/lỏng trong quá trình va chạm là một trong những yếu tố quan trọng quyết định khối lượng, động lượng và hiệu quả truyền năng lượng giữa hai pha rắn và lỏng. Giảm thời gian tiếp xúc rắn/lỏng và đẩy các giọt ra khỏi bề mặt rắn một cách nhanh chóng, luôn là một vấn đề khó khăn trong các tình huống ứng dụng như thu thập năng lượng, quản lý nhiệt, chống băng. Các nhà nghiên cứu tiếp tục giảm thời gian tiếp xúc bằng cách thiết kế các bề mặt gradient khác nhau, thường đòi hỏi phải điều chỉnh chính xác điểm va chạm của các giọt hoặc giới hạn trong phạm vi tốc độ va chạm hẹp hơn.

Về vấn đề này, gần đâyĐội ngũ giáo sư Wang Drien, Đại học Bách khoa Hồng KôngMột bề mặt gradient kép được thiết kế sao cho các giọt va chạm vào bề mặt đó tự động chuyển sang chế độ nảy giọt tương ứng ở các tốc độ va chạm khác nhau. Sự hồi phục của các giọt chuyển đổi thích ứng này tránh được nhu cầu điều khiển các điểm va chạm của các giọt và thực hiện sự thoát ly nhanh chóng của các giọt trong phạm vi tốc độ va chạm của các giọt lớn hơn. Nội dung nghiên cứu liên quanGiọt tự thích ứng nhảy trên bề mặt gradient képVới chủ đề được công bố trên tạp chí Small, Đại học Thành phố Hồng Kông Ngô Thần Dương là tác giả đầu tiên của nghiên cứu sinh tiến sĩ.

Nghiên cứu đã thiết kế một bề mặt có cấu trúc gradient kép, như thể hiện trong Hình 1. Thành viên trong nhóm sử dụngNanoArch của Công ty Chính xác Morfone ® Máy in 3D Micronager S140 Chế tạo mảng microneedle ở cấp micron, Microneedling cơ sở 300μm, dài 800μm, Microneedling khoảng cách 300μm, cho thấy hình dạng tốt và phân phối mảng trong hình ảnh SEM.

Cấu trúc gradient đầu tiên của bề mặt gradient kép này bao gồm các hòn đảo nhô lên liên tục với các đường cong không đối xứng ngang có thể tạo điều kiện cho sự lan rộng của các giọt không đối xứng và tăng tốc độ hồi phục của các giọt. Gradient thứ hai bao gồm một mảng microneedling hình nón nhỏ hẹp dần theo chiều dọc, cho phép các giọt lưu trữ đủ năng lượng mao dẫn trong quá trình rơi và hoàn thành quá trình chuyển đổi năng lượng động năng-mao dẫn nhanh chóng.

Các thí nghiệm cho thấy rằng các giọt va chạm trên bề mặt này thể hiện một chế độ nảy không đối xứng ở tốc độ va chạm thấp hơn (số weber nhỏ hơn 9,7) với thời gian tiếp xúc chất lỏng rắn giảm xuống 13,2 ms; chuyển sang chế độ nảy hình bánh ở tốc độ va chạm cao hơn (số weber lớn hơn 9,7) và thời gian tiếp xúc chất lỏng rắn giảm hơn nữa xuống còn 4,5 ms. Các phân tích thực nghiệm và lý thuyết cho thấy khả năng thích ứng của chế độ nảy này là kết quả của sự cạnh tranh giữa áp suất mao dẫn và áp suất nước động, cũng như sự phân phối lại năng lượng trong quá trình giãn các giọt trên bề mặt ngang.

So với các chiến lược khác đã được báo cáo trước đây, bề mặt gradient kép của thiết kế công việc kết hợp những lợi thế của nảy không đối xứng và nảy bánh, không cần kiểm soát chính xác các điểm va chạm giọt để đạt được sự tách rời nhanh chóng của các giọt hiệu quả trong phạm vi Weber lớn hơn, cung cấp những ý tưởng mới cho sự tách rời nhanh chóng của các giọt.

Liên kết nguyên văn:

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

Ghi chú: Bản quyền đã được đăng lại