80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

搜索：  
中科院理化所劉靜教授團(tuán)隊(duì) Small：冰上之舞的自旋液態(tài)金屬液滴
2023-04-13  來源：高分子科技

  借助一層薄薄的氣、液膜漂浮于承托基底上的液滴具有極高的自由度，只要外界條件發(fā)生稍許改變，液滴的運(yùn)動(dòng)行為即會(huì)出現(xiàn)千變?nèi)f化。這種與固體/液體表面不接觸、不潤濕的液滴，不僅具有重要的基礎(chǔ)科學(xué)研究價(jià)值，同時(shí)也會(huì)影響工程實(shí)踐中的液滴操控。


  從不同于傳統(tǒng)的流體（水或油）出發(fā)，來自中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所（理化所）的劉靜教授團(tuán)隊(duì)圍繞鎵基室溫液態(tài)金屬這一具有極高表面張力的特殊流體（表面張力約是水的十倍），近年來在高自由度漂浮液滴研究中發(fā)現(xiàn)和闡釋了一系列奇特的表界面現(xiàn)象，如：電化學(xué)產(chǎn)氫氣墊彈簧觸發(fā)的液滴跳躍（Appl. Phys. Lett. 2016, 108, 223901），電場觸發(fā)的液滴沖浪（Appl. Phys. Lett. 2017, 111, 101603），旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動(dòng)的液滴不融合（Appl. Phys. Lett. 2019, 115, 083702），豎直振動(dòng)液池上的液滴對行星繞轉(zhuǎn)現(xiàn)象（Phys. Rev. Fluids 2020, 5, 053603），以及液滴群自組裝行為（Phys. Rev. Fluids 2018, 3, 124804）等。


  近日，劉靜教授團(tuán)隊(duì)在一項(xiàng)最新研究中首次報(bào)道了基于雙流體固液相變及液膜潤滑下的液態(tài)金屬液滴在冰面上的自旋現(xiàn)象，如同冰上之舞一般。該工作以“Spinning Liquid Metal Droplets on Ice”為題發(fā)表在《Small》上（Small, 2023, 2300158），文章第一作者為理化所博士后趙曦。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將一個(gè)室溫液態(tài)金屬鎵液滴置于冰塊上后，隨著鎵液滴的凝固附近的冰迅速融化，與此同時(shí)金屬液滴發(fā)生快速的自旋現(xiàn)象，并逐漸在冰洞內(nèi)下沉（圖1）。液滴的運(yùn)動(dòng)模式具有多樣化的特點(diǎn)，可以發(fā)生單向逆時(shí)針自旋，單向順時(shí)針自旋，中途變向，以及豎直下沉等模式。液滴自旋的驅(qū)動(dòng)機(jī)理在于液態(tài)金屬液滴遇到冰后觸發(fā)瞬間凝固放熱，使冰迅速融化由此建立起了一層潤滑水膜（雙流體固液相變），同時(shí)從冰塊內(nèi)釋放出的氣泡會(huì)在液滴周向施加不平衡力，繼而推動(dòng)了液滴自旋運(yùn)動(dòng)。其中，潤滑水膜和逸出氣泡為兩個(gè)關(guān)鍵因素，需同時(shí)滿足才能觸發(fā)液滴自旋（圖2）。液滴自旋和凝固過程同時(shí)同步進(jìn)行，自旋運(yùn)動(dòng)特性受凝固過程傳熱，尤其是過冷度影響。此外，研究者還闡明了這種冰上的自旋行為對于不同的物體具有普適性，只需滿足一定的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件即可發(fā)生（圖3）。 


圖1. (a) 實(shí)驗(yàn)操作過程示意；(b, c) 一個(gè)逆時(shí)針自旋液態(tài)金屬鎵液滴的俯視圖和側(cè)視圖；(d) 自旋液滴邊緣點(diǎn)的軌跡；(e) 液滴在豎直方向上的位置隨時(shí)間的變化；(f) 液滴自旋角速度隨時(shí)間的變化。 


圖2. 探究液滴自旋驅(qū)動(dòng)機(jī)理的對比實(shí)驗(yàn). (a) 在無氣泡的純冰上液滴豎直下沉；(b) 有氣泡冰上液滴自旋，而無氣泡冰上液滴豎直下沉；(c) 一個(gè)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的液滴受一簇逸出的氣泡影響轉(zhuǎn)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；(d) 不銹鋼冰塊上鎵液滴的凝固過程；(e) 冰塊上鎵液滴凝固過程的水膜變化；(f) 冰上液滴自旋的驅(qū)動(dòng)機(jī)理示意。 


圖3. (a) 不同液態(tài)金屬液滴凝固前后的形態(tài)；(b) 80°C不銹鋼球和玻璃球在冰上的運(yùn)動(dòng)比較；(c, d) 兩種固體球的軌跡和角速度；(e-h) 不同液態(tài)金屬液滴和固體球的運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)的統(tǒng)計(jì)比較：(e) 自旋周期；(f) 開始自旋前的遲疑時(shí)間；(g) 整個(gè)自旋過程耗時(shí)和完成第一圈耗時(shí)；(h) 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的半徑和質(zhì)量。


  此項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)的冰上液態(tài)金屬液滴自旋效應(yīng)，從相變過程產(chǎn)生的薄膜潤滑特點(diǎn)來看，與經(jīng)典的Leidenfrost效應(yīng)具有異曲同工之妙，但是該體系直接利用了液態(tài)金屬凝固過程中的相變潛熱作為熱源，無需加熱措施便可自發(fā)旋轉(zhuǎn)。未來通過類似的機(jī)制還可以挖掘更多在薄膜潤滑下的液態(tài)金屬液滴所能展現(xiàn)出的奇特現(xiàn)象和行為，例如將冰塊替換為石蠟、液氮、干冰等介質(zhì)。此外，在液態(tài)金屬用于相變控溫、柔性電子、3D打印、以及腫瘤栓塞等領(lǐng)域時(shí)，均有可能會(huì)遇到與非等溫介質(zhì)接觸從而發(fā)生相變的情況，該研究有助于在這些應(yīng)用場景內(nèi)預(yù)先選擇性地抑制或促進(jìn)相變液膜潤滑和物體運(yùn)動(dòng)。
以上研究得到中科院前沿科學(xué)項(xiàng)目以及國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目資助。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202300158

版權(quán)與免責(zé)聲明：中國聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章。刊物或媒體如需轉(zhuǎn)載，請聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。
（責(zé)任編輯：xu）
【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】

誠邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞