研究人员揭示了一种增强或减少冻灰液体粘附的新方法

如图所示，液滴的微观顶视图。图像：瓦拉纳西集团/麻省理工学院

麻省理工学院的研究人员已经发现了一个令人惊讶的新扭曲，当液滴与表面接触时，允许它们增强或减少冷冻液滴的粘附性。

冻结液滴冲击表面时，它们通常会粘到它或反弹。控制该响应对于许多应用是至关重要的，包括3-D印刷，一些表面涂层喷射，以及防止诸如飞机翼，风力涡轮机或电力线的结构上的冰形成。

现在，麻省理工学院研究人员发现，当液滴与表面接触时，对所涉及的力学令人惊讶的新扭曲。虽然大多数研究专注于这种表面的疏水性质，但事实证明，它们的热性能也是至关重要的 - 并且为“调谐”这些表面提供了意外的机会，以满足给定应用的确切需要。新的结果今天在Changnuration Physicics中介绍了MIT机械工程副教授Kripa Varanasi，前博士热潮De Ruiter和Postdoc Dan Soto的报告。

“我们发现一些非常有趣的东西，”瓦拉纳西解释道。他的团队正在研究液体的性质 - 在这种情况下，熔融金属滴落在表面上。“我们有两个具有类似润湿性质的底物[倾向于散布或搅拌的倾向，但热性质不同。”根据传统的思维，液滴作用在两个表面上的方式应该是相似的，而是结果是显着的。

该剪辑显示液滴对具有不同热性质的材料的不同行为。熔融锡的相同液滴冲击熔融二氧化硅（左）的表面和硒化锌（右）。左伸到表面上的液滴，右侧的一个在边缘周围显示条纹，显示扁平的液滴如何开始向上弯曲并剥离。（图像：瓦拉纳西集团/麻省理工学院）

在硅上，由于大多数金属，“熔融金属刚刚脱落，”熔融金属脱落。“但是在玻璃上，这是一个良好的保温绝缘体，“金属滴卡困难并且难以去除。”

他说，该发现表明，“我们可以通过控制该表面的热性能来控制表面的液滴在表面上的粘附。他补充说：“确定液体如何与表面相互作用，”这是一项全新的方法“。“它为我们提供了新工具，以控制这种液体固体相互作用的结果。”

为了解释不同材料的导热率的差异，瓦拉纳西给出了两个地板表面的例子，一个由石头制成的，另一个木材制成。即使两者都处于完全相同的温度，如果你踏上木头赤脚，它也会比石头更温暖。这是因为石材具有更高的热力（材料可以交换热量）而不是木材，因此它会迅速地从脚上汲取热量，导致它感到较冷。

该研究的实验用熔融金属进行，这在一些工业过程中是重要的，例如施加到涡轮叶片和其他机器部件的热喷涂涂层。对于这些方法，涂层的质量和均匀性可以取决于每个微小液滴在沉积期间粘附到表面的程度。瓦拉纳西说，结果可能适用于各种液体，包括水，包括水。

涂层表面时，“液滴冲击和形式Splats的方式决定了涂层本身的完整性。如果瓦拉纳西说，如果它不完美，它可以对涡轮叶片等部件的性能产生巨大影响。““我们的调查结果将在粘连和何时没有的时候提供全新的了解。”

当您希望将液滴粘附到某些类型的3-D打印机等液滴时，新的洞察都可以有用，以帮助确保每个打印层彻底粘附到前一层，并且当重要的是防止液滴很重要从粘贴，例如冰冷的天气中的飞机翅膀。该研究也有助于清洁和废物管理添加剂制造和热喷涂过程。

看到熔融锡的液滴落在硅的表面上，留在硅的表面上，该表面在玻璃上和玻璃上，右侧，右侧是热绝缘体。在相同的条件下，当表面倾斜时，硅上的固化液滴掉，而玻璃上的液滴紧密地粘附在表面上。（图像：瓦拉纳西集团/麻省理工学院）

Soto表示，当团队正在研究液体和基板之间的界面处的界面的局部冷冻机制，使用热高速相机，在冷却过程中显示出快速效果的热高速相机，这是不可能在更长的时间尺度。图像显示液滴外边缘周围条纹的逐步发展。“我们意识到液滴意外地蜷缩起来并从表面上脱落，”他说。他们将这种现象描述为液滴的“自剥离”。

“这种现象的主要成分，”De Ruiter说，“是短时间液体动力学之间的相互作用，该动力学设定了粘附性，更长的时间尺度的热效应，这导致了全球变形。”该团队开发了一种设计地图，以便在关键热性质方面捕获不同可能的结果（粘附，自剥离或弹跳）：下降和衬底活性，以及​​温度。

Soto表示，由于液滴粘附或不依赖于材料的热性能，因此可以根据应用来定制这些属性。“我们可以想象可以通过电场或磁场实时调整热能性能的情况，使表面粘附到撞击液滴可调节。”

该团队发现，也可以通过改变液滴和表面的相对温度来控制粘附结果。在许多情况下，这些变化是违反直觉的：例如，虽然人们可能期望防止凝固液滴粘附的唯一方法是通过升温基板，但该团队发现了一种新的制度，其中冷却表面也可以导致相同的结果。

该研究得到了阿尔斯通和荷兰的Rubicon奖学金支持。

出版物：Jolet de Ruiter，Dan Soto＆Kripa K. Varanasi，“撞击液滴的自我剥离”，自然物理（2017）Doi：10.1038 / nPhys4252