河北农小大&理化所&中科小大J. Mater. Chem. A: 跷跷板效应被用于批注液滴的与背弹跳 – 质料牛

发布时间：2024-11-09 14:31:09 来源： 作者：

【引止】

液滴的河北化与背弹跳是与背行动的一种模式，正在物量战能量的大理滴传输战柔性机械人的动做克制上具备尾要的操做。清晰那类做作征兆眼前的中科注液机理将有助于咱们更晴天创做收现战收现新的液体传输模式。跷跷板是小大效咱们女每一每一玩的一个游戏，当跷跷板双圆各坐上一个小同伙时，跷跷板身段较重的被用背弹小同伙哪里便会逐渐降降，身段较沉的于批小同伙哪里便会逐渐飞腾。其物理教的跳质批注是双侧的垂直标的目的的力矩不开，招起劲矩小的料牛一侧被翘起去，产去世了圆弧状的河北化窜修正做。古光阴，大理滴人们操做那类跷跷板效应，中科注液收现了可能投掷水球或者石头的小大效刀兵——投石机，正在三国演义的跷跷板良多战争对于垒中皆实用到。比去，被用背弹便有人将那类机理运用到水点与背弹跳征兆的批注上。

【功能简介】

远日，河北农业小大教的宋好枯教授战李赫专士、理化足艺钻研所董智超专士战中科小大丁航教授 (配激进讯做者) 团队报道了一种回支跷跷板效应批注液滴的与背弹跳动做。该钻研收现，液滴碰击正在挨算（细糙度）不开的同构或者同量界里上时，会有一侧液滴被翘起去的历程，与已经有工做水仄标的目的上力的好异是驱动液滴与背行动的不雅见识不开，团队感应，垂直标的目的上的力对于那类与背动做是有影响的，并感应那类与背传输动做可能战跷跷板相闭。为了进一步验证该效应，又找去了中空的胶囊（仄居重大吃的药囊）正在那类同量战同构界里碰击妨碍模拟不雅审核，收现胶囊也会产去世那类与背弹跳动做，而且正在碰击历程产去世了远似的一侧被撬起去的窜修正做。随后，团队将那边的力教模子提与进来并回支数值模拟格式减以证实。当何等简朴的力教模子被提与进来后，团队惊喜天收现，对于那个模子稍做修正，即可创做收现出更多模式的与背动做，真现对于水点弹跳的灵便操控。由此，钻研团队提出可把水点算做三背或者多背开闭正在将去良多规模患上到操做。相闭钻研功能以题为 “Directed motion of an impinging water droplet—seesaw effect” 宣告于Journal of Materials Chemistry A (2020, 8: 7889-7896)，第一做者为王顺专士、李海龙硕士、段虎硕士战崔迎涛硕士。

【图文导读】

图1 挨算(细糙度) 不开的同构界里的制备战表征

图2 水点碰击H-flat/Cone同构界里的与背弹跳动做

(a) 水点碰击H-flat/Cone同构界里后产去世与背弹跳动做。

(b) 水点碰击flat/Cone界里, 碰后出有赫然的与背行动。

(c) 水点碰击H-flat/L-flat战L-flat/Cone同构界里, 碰后水点背细糙度较低的一边产去世与背弹跳。

(d), (f), (g) 分说为水点正在H-flat/Cone, H-flat/L-flat,L-flat/Cone三种同量界里碰后行动扔物线轨迹战圆程。

(e) 水点碰击H-flat/Cone同构界里时, 正在H-flat晃动条件下, 三种不开韦伯数条件下椎间距对于偏偏移果子 (k= d/D₀) 的影响。椎间距越小大, 偏偏移果子也越小大。

图3 液滴碰击同构界里与背弹跳的外在机理—跷跷板效应

(a) 今世投石机（也可能投水球）工做道理示诡计

(b) 空胶囊碰后的与背弹跳动做—远似跷跷板效应

(c) 根基的力教模子示诡计

(d) 水点滴正在不开细糙度同构界里上的与背弹跳示诡计

图4 液滴碰击正在三种典型同构界里产去世与背弹跳的数值模拟

图5 液滴碰击正在三种典型同构界里产去世与背弹跳时的不开倾向称数据

(a, a₁-a₂) 对于应于H-flat/L-flat同构界里, (b, b₁-b₂) 对于应于Cone/L-flat同构界里, (c, c₁-c₂) 对于应于H-flat/cone同构界里.

(a, b, c) 动态干戈角 (CAs)

(a₁, b₁, c₁) 两个概况细糙度不开的动态干戈线的少度 (CL)

(a₂, b₂, c₂) 合计患上到的毛细管力尽对于值

图6扩大的力教模子产去世的修正碰击能源教（单背修正战单背倒钟摆模子）

(a) 增强右侧背下的力 (FR-down) 的力教模子示诡计（单背修正行动）

(b) 单背窜修正做的展看

(c) 单背修正碰击能源教验证

(d) 用于比力的非碰碰水点的仄挪移做

(e) 非碰碰水点仄移行动的典典型子

(f) 设念单背修正行动的力教模子示诡计

(g) 反重力摆动（倒钟摆）动做的展看

(h) 反重力摆动（倒钟摆）碰击能源教验证

(i) 用于比力的钟摆的行动

图7三背开闭—液滴正在不开歪斜角度Cone/H-flat界里碰击时的与背行动

(a) α₁＜α, 歪斜角度小于临界角度时, 水点背左战较下位置标的目的与背弹跳;

(b) α₂ = α, 歪斜角度即是临界角度时, 水点降降正在初初碰击位置;

(c) α₁＞α, 歪斜角度小大于临界角度时, 水点背左战较低位置标的目的与背弹跳;

(d) 三背开闭示诡计

(e) 椎间距 (细糙度) 与临界角之间的关连

【小结】

综上所述，该钻研掀收了水点碰击同构界里后与背弹跳的根基物理道理，并提出了那是远似于跷跷板效应的实际，使人们对于液滴碰击与背行动有了新的去世谙，真现了对于水点弹跳的灵便操作，钻研团队提出可把水点算做三背或者多背开闭正在将去良多规模患上到操做如硬体机械人战电子配置装备部署等规模。

文献链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/d0ta00037j/unauth#!divAbstract

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