3D drukowana powierzchnia pomaga badaczom zapobiegać znakom wodnym

Jest to problematyczne, jeśli chodzi o coś więcej niż tylko szkło. W drukowaniu atramentowym kropla rozproszonego atramentu może pozostawić zniekształcony kształt na kawałku papieru, aw mikrotechnologii znaki wodne mogą wpływać na działanie delikatnych mikrostruktur.

Ale teraz, po raz pierwszy, badacze w Laboratorium Inteligentnych Materiałów i Powierzchni Uniwersytetu Northumbria oraz Wyższej Szkoły Matematyki i Statystyki Uniwersytetu Otwartego opracowali sposób kontrolowania kształtu i lokalizacji kropli suszącej. Zazwyczaj, gdy kropla wyparowuje z powierzchni stałej, jej krawędź "styka się" i "przylega" w sposób niekontrolowany, ze względu na mikroskopijną chropowatość powierzchni stałej. Ale w tym przypadku naukowcy byli w stanie kontrolować sposób, w jaki kropelki wysychały poprzez kombinację falistej geometrii bryły i ultra-gładkiej obróbki powierzchni. Nazywają one kontrolowany sposób parowania "odparowywanie snap".

"Skrzynka z jajkami jest przykładem falistej bryły: ma powtarzające się szczyty i doliny, które tworzą falisty wzór" - powiedział dr Gary Wells , Senior Lecturer at Northumbria University. "My 3D wydrukowaliśmy taki falisty wzór i pokryliśmy jego szorstką powierzchnię cienką warstwą smaru. Powstała powierzchnia kompozytowa zachowuje falisty kształt, ale staje się "wyjątkowo gładka". Kiedy zostawiłyśmy kropelki wody do odparowania na tych falistych powierzchniach, początkowo wycofały się one z bryły w gładki sposób, jak można się spodziewać po idealnie gładkiej bryle. Jednak falista powierzchnia sprawia, że ​​kropelki "zatrzaskują się" w określonych punktach, zmieniając ich pozycja i kształt. Jest to nowy sposób odparowania, który nazwaliśmy "odparowaniem snap". Co godne uwagi, proces ten jest wysoce powtarzalny i odkryliśmy, że faktyczny projekt falistego wzoru może kontrolować położenie i kształt kropelki. "

Przyczynę zachowania przyciągania można wytłumaczyć teorią bifurkacji , gałąź matematyki, która bada, w jaki sposób system reaguje na zmianę parametru kontrolnego. W tym przypadku, system jest kroplą, a zmiana parametru kontrolnego polega na zmniejszeniu masy w wyniku parowania.

"Głównym założeniem naszej teorii jest to, że konfiguracja, w której kropelka przyjmuje falisty stały wzór nie jest wyjątkowy "- powiedział dr Marc Pradas, wykładowca The Open University. "Istnieją różne kształty i pozycje, w których ta sama ilość cieczy może zajmować dany falisty wzór. "Podczas parowania zmienia się masa kropelki i okazuje się, że to, co było stabilneupuszczenie kształtu i pozycji staje się niestabilne. W tym momencie, zwanym rozwidleniem, kropelka musi zmienić swój kształt i położenie. Falista powierzchnia działa jak kierownica, kierując kropelkę do następnej stabilnej konfiguracji po tym, jak nastąpił snap. "

Naukowcy również czerpali inspirację z fabryki dzbanów, która ma super gładką powierzchnię, która pozwala owady, które się wślizgną i zostaną uwięzione. Stworzyli gładką, nawilżoną powierzchnię, która zatrzymywała kropelki od "przypinania", tak jak do zwykłej szorstkiej powierzchni. Możesz przeczytać więcej o szczegółach procesu tutaj.

Badanie może mieć wpływ na wiele aplikacji. Na przykład, przemysł motoryzacyjny mógłby inaczej traktować nawierzchnie samochodowe, aby zminimalizować znaki wodne, a przemysł komputerowy i smartfony mógłby poprawić wydajność mikroprzewodów, które usuwają ciepło z mikroprocesorów.

"Implikacje naszego badania może mieć wpływ na wiele codziennych zastosowań, a obecnie współpracujemy z partnerami przemysłowymi, którzy mogą skorzystać z naszych badań "- powiedział dr Rodrigo Ledesma-Aguilar, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Northumbria. "Na przykład współpracujemy z firmą Jaguar Land Rover, aby opracować nowe strategie minimalizujące znaki wodne na powierzchniach samochodów. Innym przykładem jest nasza współpraca z Zrównoważonymi Systemami Energetycznymi, którzy mogą skorzystać z naszych wyników, poprawiając wydajność systemów usuwania ciepła wykorzystywanych w mikroprocesorach, takich jak procesory i procesory graficzne. "

Badania zostały udokumentowane dokument zatytułowany "Snap parowanie kropelek na gładkich topografiach", który można przeczytać tutaj. Autorzy to Gary G. Wells, Élfego Ruiz-Gutiérrez, Youen Le Lirzin, Anthony Nourry, Bethany V. Orme, Marc Pradas i Rodrigo Ledesma-Aguilar.