華威大學的研究人員現在可以解釋為什麼有些水滴像沙灘排球一樣從表面彈起而沒有實際接觸過。這可以使未來液滴技術的設計和工程設計更加精確和高效。
液滴與表面或其他液滴之間的碰撞一直在發生。例如,雲中的小水滴相互碰撞形成較大的水滴,這些水滴最終可能掉落並撞擊在固體上,例如汽車的擋風玻璃。
碰撞後,水滴的行為可能有所不同,有些會飛濺,有些會乾淨地覆蓋表面,有些甚至會像沙灘排球一樣彈跳。
關鍵是,液滴的命運取決於高度僅為奈米級的微小空氣墊的行為。
即使表面非常光滑,例如在實驗室條件下,液滴分子與固體表面分子之間的親和力(稱為範德華吸引力)也意味著在大多數情況下,液滴將被擠壓到表面上,從而阻止了彈跳。
該研究通過高度詳細的數值模擬表明,液滴反彈的碰撞速度必須正確。太快,水滴的動量使氣墊太薄了。太慢了,這給了範德華力持續的時間。但是,以理想的速度,水滴可以進行乾淨的彈跳。
水滴碰撞固體表面的三種模式,只有在速度合適的情況下可以反彈(綠色)
華威大學工程學院的鄧肯·洛克比教授評論道:“液滴碰撞是我們當今所依賴的技術(在噴墨印表機和內燃機中不可或缺的技術)的組成部分。更好地了解液滴碰撞會發生什麼,這也有助於新興技術的發展,比如金屬的3D印刷技術。準確性和效率最終將取決於碰撞後液滴會發生什麼。”
華威大學數學學院的詹姆斯·斯普雷特爾斯(James Sprittles)博士補充說:“重要的是,氣墊非常薄,以至於分子在穿過它時通常不會相互碰到,類似於外層空間的空虛,而傳統理論無法解釋這一點。我們開發的新建模方法現在將具有應用價值到基於液滴的現象,從氣候科學的雲物理學到下一代電子產品的噴霧冷卻。”
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