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柔软物质和液体

柔软物质和液体

超快干扰技术产生溅

13 Oct 2011 哈米什约翰斯顿
衍射技术产生溅

美国物理学家开发了一种新的成像技术,使他们能够详细地观察泼溅过程。它们使用该方法来寻找据信的气隙,当液滴撞击固体表面时,导致微小的液滴飞溅。虽然他们确实看到了这种差距形式,但他们能够得出结论,它不对飞溅负责–至少在水中–甘油滴研究。

对于多个世纪以来,物理学家使用高速摄影来捕获液体下降撞击固体表面并产生较小液滴的环时发生的飞溅的溅射的熟练。然而,这种美丽掩盖了溅起的复杂物理,并且连续几代物理学家都努力了解这个过程–这在实际追求中是多样化的作为喷涂和农药应用。 2005年 西德尼纳格尔 芝加哥大学的同事通过发现环境空气压力的减少来减少溅到神秘之中。这似乎是违反直观的,因为它已被认为是更大的空气压力倾向于将落下持有在一起,而较低的压力将使它可以分解成飞溅。

提出的一个提案 Michael Brenner. 哈佛大学的同事是,当它接近表面时,空气被陷入困境–这是这种薄薄的空气,导致飞溅。压力降低,截留的空气较小,因此溅起应该更小。其他(包括Nagel),包括Nagel认为,在液滴边缘的液体和空气之间的相互作用时,溅起的驱动器在表面上变平并在表面上展开。然而,现在,Nagel和Michelle Driscoll已经提出了一种新技术来监测在下降之下的空气被困。他们的测量表明,由于他们所研究的液体,陷阱空气与溅起有关。

注意间隔

它们的技术基于用于测量非常薄膜厚度的建立方法。从LED上的单色光在表面上达成滴后射击。其中一些光从表面和一些来自液体和捕获的空气之间的界面反射。结果是一种干涉图案,可以推导出气隙的厚度。 Driscoll和Nagel的挑战是实时捕获这种模式–特别强调前几百微秒,这被证明对理解被困空气的作用至关重要。为此,他们使用了一个能够以每秒67,000帧捕获的衍射模式捕获衍射图案。 Nagel和Driscoll也必须确保它们测量了气隙的厚度,而不是液体的厚度–他们通过染色黑色来做的。

由该对使用的液体是甘油和水的混合物,因为其较高的粘度意味着在冲击后发生溅射相对长的时间。这使得该过程更容易研究比较低粘度液如水的溅射。测量显示,在约50后,液体存在于液体下存在 μs after impact. “这种气泡的行为是我们能够在我们的实验中调查,这与迈克尔布伦纳和他的合作者的理论和模拟中预测的符合,” Nagel says.

然而,随着液体展开,气泡似乎略微变平,但是靠近液体本身的速度附近。大约600之后 μS薄的液体从膨胀液的边缘抬起。这是本纸的物理学家认为最终会分手形成飞溅。但是,在2之后 MS这款薄板仍在扩展,但没有任何溅液滴形成的迹象。

实际上,实验的主要发现是泡沫完全形成约150  μ撞击后,虽然泼溅在后来,远离泡沫。因此,Driscoll和Nagel认为,溅射可能在扁平边缘处的升高片之间的相互作用来引起溅起–不是陷入困境的空气。

Brenner told physicsworld.com. 实验不会完全排除空气层理论,因为所用的流体的粘度远高于理论中考虑的流体。“预测空气层的滴度低粘度,例如水,” he explained. “很明显,当粘度越来越多时,计算的假设分解了–然后我们不知道应该发生什么。”

因此,似乎娜格尔和布伦纳分别有更多的实验和理论工作,分别在溅滴的谜团解决之前进行。

这些最新结果描述于 物理。 rev. lett。107 154502.

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