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高速摄影仪在超疏水中的运用

来源: 作者:admin 点击:107

超疏水表面液滴难以停留的特性,使得该表面有防水、防冰、防雾、自清洁等特性。而这种特性,非常广泛的应用前景。


近年来,在航空航天领域,飞行器表面的超疏水涂层可以有效防止机身结冰,避免空难发生;在交通运输领域,超疏水涂层可以避免玻璃起雾,保证行车安全;在电子电气领域,超疏水涂层可以避免电路板积水,防止电子元器件短路或生锈。


超疏水材料疏水性能研究已成为活跃的研究方向之一,制备新型高性能的功能材料关键。但研究过程中,因液滴速度过快,无法清晰观测液滴滴落形态、接触角与弹跳,试验中一大难题更清晰观察疏水材料疏水性,观测滴液运动形态,分析滴液弹跳运动,高速摄像及专业分析技术在此行业研究中发挥了重要作用。




科天健长时间高速摄影仪具有在很短的时间内完成对高速目标在运动中的海量数据快速实时捕捉记录、即时回放高清图像的特点该产品能让分钟级的快动作几十甚至上百倍的慢下来,让转瞬即逝的现象清晰永久的记录在存储介质中。


而在超疏水材料研究领域,科天健长时间高速摄影仪的上述功能对超疏水材料在应变不同液滴环境下的设计具有重要作用。其可解决液滴科研实验中肉眼无法捕捉的液滴滴落形态及精度低等痛点,可清晰观测到液滴撞击超疏水时出现的沉积情况,对液滴撞击超疏水材料时的反弹规律、飞溅尺度、临界速度、铺展系数、铺展速度都能清楚客观的记录。


  某科研机构采用高速摄像仪对液滴在低速下撞击不同亲疏水性固体表面的过程进行观测,结合图像分析算法分析不同条件下液滴碰撞表面后的弹跳形式和液滴形变机理,对液滴的特性参数(液滴铺展直径、高度和铺展速度等)进行更为细致的研究



液滴撞击壁面铺展直径D变化曲线


如图,不同撞击速度(0.94m/s,1.37m/s,1.64m/s),铝片,不锈钢壁面上液滴直径均在一定数值下达到最大值,后逐渐回缩至平衡。石英玻璃壁面液滴直径达到最大后,基本不回缩或者回缩程度很小。疏水性能相差不大的铝片、不锈钢壁面,液滴撞击速度对达到最大铺展直径的时间无影响;但石英玻璃壁面亲水性能较好,不同的液滴撞击速度会影响达到最大铺展直径的时间。



液滴撞击壁面滴液高度h变化曲线


在撞击前期,液滴高度均呈线性急剧降低后短暂缓慢回升的过程,再回落到最低点,此后液滴表面能转化为动能和耗散能,冲高回落反复震荡,直至平衡,震荡过程中液滴均未反弹离开壁面。震荡周期数、液滴回升高度与材料壁面的亲疏水性有较大关系,同时液滴撞击壁面时的动能,壁面固-液接触区域因剪切应力而产生的黏性耗散,这两方面因素的平衡决定了撞击速度对液滴回缩的影响。


采用科天健高速摄影仪可清晰研究出不同撞击速度、不同亲疏水性固体材料壁面对液滴铺展直径、液滴高度等参数均有重要影响。研究表面结构和润湿性、液滴尺寸和速度等对液滴碰撞接触时间和传热特性的影响规律,可为设计疏水性表面控制液滴接触和传热提供理论和实验依据,为大规模人工制备实用化的超疏水材料打下坚实的基础实测数据,助力科研院所设计更多新型超疏水材料,给人们的日常生活和工农业生产带来更大的效益。