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科天健長(cháng)時(shí)間高速攝影儀在超疏水中的運用

2023-06-17 18:40:40
科天健長(cháng)時(shí)間高速攝影儀在超疏水中的運用
2023-06-17 18:40:40

超疏水表面液滴難以停留的特性,使得該表面有防水、防冰、防霧、自清潔等特性。而這種特性,非常廣泛的應用前景。

 

近年來(lái),在航空航天領(lǐng)域,飛行器表面的超疏水涂層可以有效防止機身結冰,避免空難發(fā)生;在交通運輸領(lǐng)域,超疏水涂層可以避免玻璃起霧,保證行車(chē)安全;在電子電氣領(lǐng)域,超疏水涂層可以避免電路板積水,防止電子元器件短路或生銹。

 

超疏水材料疏水性能研究已成為活躍的研究方向之一,制備新型高性能的功能材料是關(guān)鍵。但研究過(guò)程中,因液滴速度過(guò)快,無(wú)法清晰觀(guān)測液滴滴落形態(tài)、接觸角與彈跳,是試驗中一大難題。更清晰觀(guān)察疏水材料疏水性能,觀(guān)測滴液運動(dòng)形態(tài),分析滴液彈跳運動(dòng),高速攝像及專(zhuān)業(yè)分析技術(shù)在此行業(yè)研究中發(fā)揮了重要作用。

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科天健長(cháng)時(shí)間高速攝影儀具有在很短的時(shí)間內完成對高速目標在運動(dòng)中的海量數據快速、實(shí)時(shí)捕捉記錄、即時(shí)回放高清圖像的特點(diǎn)。該產(chǎn)品能讓分鐘級的快動(dòng)作幾十甚至上百倍的慢下來(lái),讓轉瞬即逝的現象清晰永久的記錄在存儲介質(zhì)中。

 

而在超疏水材料研究領(lǐng)域,科天健長(cháng)時(shí)間高速攝影儀的上述功能對超疏水材料在應變不同液滴環(huán)境下的設計具有重要作用。其可解決液滴科研實(shí)驗中肉眼無(wú)法捕捉的液滴滴落形態(tài)及精度低等痛點(diǎn),可清晰觀(guān)測到液滴撞擊超疏水時(shí)出現的沉積情況,對液滴撞擊超疏水材料時(shí)的反彈規律、飛濺尺度、臨界速度、鋪展系數、鋪展速度都能清楚客觀(guān)的記錄。

 


 

某科研機構采用高速攝像儀對液滴在低速下撞擊不同親疏水性固體表面的過(guò)程進(jìn)行觀(guān)測,結合圖像分析算法分析不同條件下液滴碰撞表面后的彈跳形式和液滴形變機理,對液滴的特性參數(液滴鋪展直徑、高度和鋪展速度等)進(jìn)行更為細致的研究。

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液滴撞擊壁面鋪展直徑D變化曲線(xiàn)

 

如圖,不同撞擊速度(0.94m/s,1.37m/s,1.64m/s),鋁片,不銹鋼壁面上液滴直徑均在一定數值下達到最大值,后逐漸回縮至平衡。石英玻璃壁面液滴直徑達到最大后,基本不回縮或者回縮程度很小。疏水性能相差不大的鋁片、不銹鋼壁面,液滴撞擊速度對達到最大鋪展直徑的時(shí)間無(wú)影響;但石英玻璃壁面親水性能較好,不同的液滴撞擊速度會(huì )影響達到最大鋪展直徑的時(shí)間。

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液滴撞擊壁面滴液高度h變化曲線(xiàn)

 

在撞擊前期,液滴高度均呈線(xiàn)性急劇降低后短暫緩慢回升的過(guò)程,再回落到最低點(diǎn),此后液滴表面能轉化為動(dòng)能和耗散能,沖高回落反復震蕩,直至平衡,震蕩過(guò)程中液滴均未反彈離開(kāi)壁面。震蕩周期數、液滴回升高度與材料壁面的親疏水性有較大關(guān)系,同時(shí)液滴撞擊壁面時(shí)的動(dòng)能,壁面固-液接觸區域因剪切應力而產(chǎn)生的黏性耗散,這兩方面因素的平衡決定了撞擊速度對液滴回縮的影響。

 

采用科天健高速攝影儀可清晰研究出不同撞擊速度、不同親疏水性固體材料壁面對液滴鋪展直徑、液滴高度等參數均有重要影響。研究表面結構和潤濕性、液滴尺寸和速度等對液滴碰撞接觸時(shí)間和傳熱特性的影響規律,可為設計疏水性表面控制液滴接觸和傳熱提供理論和實(shí)驗依據,為大規模人工制備實(shí)用化的超疏水材料打下堅實(shí)的基礎實(shí)測數據,助力科研院所設計更多新型超疏水材料,給人們的日常生活和工農業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)更大的效益。

 

 

 


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