[发明专利]一种控制液滴撞击形态、接触时间及液滴可控分裂的方法

说明书

本发明公开了一种控制液滴撞击形态、接触时间及液滴可控分裂的方法，包括以下步骤：步骤一、模板设计；步骤二、模板制作；步骤三、模板表面处理；步骤四、液滴撞击；步骤五、撞击形态、动力学观察和分析。通过改变模板上障碍物的形状、大小、个数、位置以及液滴撞击的位置等因素来得到形态多变的撞击动力学，并打破铺展和回撤的界限，使得液滴撞击过程中铺展和回撤并存，通过控制不同形态的撞击动力学，达到降低接触时间、单液滴撞击形态多变可控、以及液滴撞击时分裂可控的目的。该方法操作简单，成本低，效果好，可应用于自清洁、打印、开放微流体以及食品药物分装传输等领域。

技术领域

本发明涉及液滴碰撞技术领域，具体涉及一种控制液滴撞击形态、接触时间及液滴可控分裂的方法。

背景技术

液滴碰撞固体表面在很多领域有重要应用，如喷墨打印、涂料喷涂、农药喷洒、消防传热、食品包装等领域。最近十年来，水滴撞击超疏水表面撞击引起了人们的广泛关注，这是因为超疏水表面极低的表面能，使得水滴在撞击时能量耗散很小，可以快速弹起（毫米级别的水滴撞击接触时间在12毫秒左右），从而在自清洁、防冰、防菌等领域有所应用。于是，科学家们想尽了一切办法来减少其接触时间，比如在超疏水平面上添加单条纹、平行条纹、交叉条纹、弯曲结构等等（可以降低40-50%接触时间）。与此同时，控制液滴撞击后在基底上的铺展形态、融合和分裂等也在打印、开放微流体器件（如芯片）、生物医学等领域有重要应用。但是，人们目前还不能随意控制液滴的撞击形态、撞后行为以及与此相关的撞击动力学。

本发明受启发于大自然液体和固体相结合存在形态多样化，比如高山河流，小溪湖泊，形态多变。其中很重要的就是固体形态对液体的阻碍、限域等作用，使得水流产生绕流、加速、和固定等作用。水滴撞击超疏水固体平面时，其接触过程分为两个阶段，第一个是由惯性力所控制的铺展过程，第二个是由毛细管力（表面张力）所控制的回撤过程。水滴撞击超疏水平面得到的中心对称的撞击动力学。撞击速度较小时，水滴弹射，速度较大时，无规则溅射，方向、大小均不可控。但如果在水滴撞击的第一个阶段，也就是铺展阶段的区域内，在基底上设置有障碍物，那么水滴在障碍物方向上的铺展便会受到阻碍，提前回撤，而没有障碍物的方向则会动量集中，加快铺展。根据这样的思想，可以控制障碍物的大小、个数、位置以及液滴撞击的位置等因素来得到形态多变的撞击动力学，并打破铺展和回撤的界限，使得液滴撞击过程中铺展和回撤可以并存，通过控制不同形态的撞击动力学，达到降低接触时间、单液滴撞击形态多变可控、以及液滴撞击时分裂可控的目的。这种方法有望在自清洁、打印、食品药物分装传输等领域获得应用。

发明内容

本发明提供一种控制液滴撞击形态、接触时间及液滴可控分裂的方法，该方法操作简单、成本低，通过调节障碍物的大小、个数、位置以及液滴撞击的位置等因素来得到形态多变的撞击动力学，并打破铺展和回撤的界限，使得液滴撞击过程中铺展和回撤并存，通过控制不同形态的撞击动力学，达到降低接触时间、单液滴撞击形态多变可控、以及液滴撞击时分裂可控的目的。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种控制液滴撞击形态、接触时间及液滴可控分裂的方法，包括以下步骤：

步骤一、模板设计：采用123D Design或3D MAX软件进行模板的设计，根据液滴撞击平面时的最大铺展直径，确定障碍物的形状、大小及在平板基底上的位置，根据液滴铺展后薄膜的最小高度确定障碍物的高度，确保液滴在撞击铺展阶段能够接触到障碍物从而影响其撞击形态，进而影响其撞击动力学；

步骤二、模板制作：将步骤一所设计模板的相关数据导入3D打印机，通过3D打印、光刻、模板法进行制作，得到平板基底上有障碍物分布的模板；

步骤三、模板表面处理：对制作好的模板进行表面处理使其具有浸润特性或者不同部位具有不同的浸润特性；