2009年,大家在超疏水表层冷疑试验时,观查到双出液或多出液合拼跳跃[1]。自此,以出液合拼跳跃为基本的科学研究刮起冷疑、起霜、自清理、水搜集的小风潮,不断迄今。殊不知,出液合拼跳跃务必经过2个或好几个出液合拼完成,速率较小,跳跃方位无法操纵,因而限定了表层冷疑传热、防雾镜抑霜、自清理等特性的进一步提升。
短视频1: 超疏水表层双出液合拼跳跃[2]。出液直徑:500μm(小指手指甲的薄厚)。慢放1400倍。重力方向朝下。
微槽 单出液=“出液手弹弓”:速率提高100%,指哪打哪!
近日,学者运用超疏水管沟构造对生长发育出液的压挤功效,提升出液跳跃的極限,完成单独一个出液从表层定项、迅速弹跳(短视频2)。以400μm的半径出液为例子,单出液弹跳速率为0.5m/s,对比同规格合拼出液,速率提高100%。
出液在超疏水窄槽中因为冷疑或是外界滴入造成容积扩大时,因为窄槽的室内空间限定,出液逐渐发展为“饼形”状。当饼状出液出现槽顶,受力出液顶端产生松散,出液左右形状、折射率不会再对称性,进而造成拉普拉斯压力差,推动出液迅速弹跳。
学者发觉,槽的几何图形特点对单出液弹跳状况具备关键性的功效。针对矩形框槽,当槽的深宽比为2-5时,出液可得到较大的弹跳速率。而选用非对称加密槽构造时,可以完成出液的定项弹跳(指哪打哪)(短视频2)。除此之外,学者还依靠部分亲水性点,将出液尾端钉扎在表层,完成对生长发育出液的形状拉申和动能累积,从而管控出液的弹跳规格和速率(短视频3)。
短视频2:单出液弹跳[3]。槽宽400μm(4张百元人民币的薄厚)。慢放500倍。重力方向朝下。
短视频3:VV型槽单出液弹跳。出液直徑200μm(眼眨毛的薄厚)。慢放500倍。重力方向朝下。
细微出液从表层的迅速高效率甚至定项清除,是提高冷疑传热和抑霜等特性的重要。现阶段学者根据单出液弹跳原理,已经开发设计新的热交换器和防霜表层(图1),有希望进一步提升表层冷疑传热、抑霜、防雾镜和自清理特性。
图1:冷疑全过程中的单出液弹跳(俯瞰)。槽宽20μm(约为额头头发直徑)。重力方向偏向纸张。
毕业论文关键创作者为伊利诺伊大学香槟分校机械系颜笑、秦一萌等,通讯作者为冯杰和Nenad Miljkovic专家教授。
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