液滴撞击固体表面的动力学越来越被科研人员关注。能够帮助科研人员解决很多技术难题,如:在农作物施药过程中,小液滴撞击植物叶面时的弹跳行为直接影响药液的利用率。在能源领域,户外架设的电缆常年受到雨雪的侵袭,我们希望雨雪撞击电缆表面后能够迅速脱落,从而延长电缆材料的使用寿命。在运输领域,飞机和汽车表面的自清洁和除冰能力往往与安全相关。因此,找到一种有效的追踪液滴撞击固体表面后的弹跳行为的方法,对科研人员研究理想的固/液材料或找到快速除冰的方法非常重要。
样品:水,一种超疏水表面
为什么选择超疏水表面作为实验对象。因为自然界中的植物叶面大多表现为超疏水特性。另外,为增强材料的防水防冰性能也通常将材料表面处理为超疏水表面。因此,该实验选择一种超疏水表面材料测量。如图1,该材料表面在常温下的静态接触角为160.2°。
【使用测量仪器】
图3:TBA 360M倾斜台
【测量原理和方法】
本次实验的核心是利用OCA50仪器的视频系统,一个高分辨率高速相机捕捉液滴撞击到超疏水材料表面后的完整动态变化过程。观察内容包括液滴弹跳的过程,弹跳高度,形状变化、最大接触直径等关键参数。通过这些数据的记录和分析,可以深入了解超疏水材料表面在液滴撞击时两者的相互作用情况,进而评价药液的施药效果或材料的防水防冰性能等。
【实验过程】
图4,水滴从17mm高度自由落下,撞击不同倾斜角度的超疏水表面后首次回弹时不同时间状态的截图,所有数据均通过OCA50接触角测量仪直接拍摄录像得到
图5,应用OCA50接触角测量仪的专用软件测量水滴撞击到不同倾斜角度超疏水表面后的最大直径
2.水滴撞击到不同倾斜角度超疏水表面后未脱离表面时的反弹高度测量(见图6和表二):
图6,应用OCA50接触角测量仪的专用软件测量水滴撞击到不同倾斜角度超疏水表面后未脱离表面时的反弹高度
3,水滴撞击到水平放置的超疏水表面后的弹跳高度、水滴截面积、发生弹跳部分的水滴体积测量(见图7):
图7,应用OCA50接触角测量仪的专用软件测量水滴撞击到到水平放置的超疏水表面后的弹跳高度、水滴截面积、发生弹跳部分的水滴体积
图8,应用OCA50接触角测量仪的专用软件测量水滴撞击到水平放置的超疏水表面后的回弹平均速度
【结论】
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