El impacto de las gotas en la superficie sólida es un fenómeno común en escenarios naturales e industriales. Entre ellos, el tiempo de contacto sólido / líquido durante la colisión es uno de los factores clave que determinan la calidad, el impulso y la eficiencia de transmisión de energía entre las dos fases sólidas y líquidas. Reducir el tiempo de contacto sólido / líquido y promover la rápida separación de gotas de la superficie sólida siempre ha sido un problema difícil en escenarios de aplicación como la recolección de energía, la gestión térmica y la protección contra el Hielo. Los investigadores redujeron aún más el tiempo de contacto diseñando varias superficies de gradiente, que a menudo requieren una regulación precisa de los puntos de colisión de las gotas o están limitados por un rango más estrecho de velocidad de colisión de las gotas.

En respuesta a los problemas anteriores, recientementeWang jinkai, equipo de profesores de la Universidad Politécnica de Hong KongSe ha diseñado una superficie de doble gradiente para que las gotas que chocan contra la superficie cambien automáticamente al modo de rebote de las gotas correspondiente a diferentes velocidades de colisión. Este rebote de gotas de cambio adaptativo evita la necesidad de controlar el punto de colisión de gotas y logra una rápida separación de gotas en un rango de velocidad de colisión de gotas más grande. El contenido de la investigación relevante es el siguiente:Gota auto-adaptable que rebota en una superficie de doble gradiente"El título fue publicado en la revista small, con Wu chenyang, estudiante de doctorado en la Universidad de la ciudad de Hong kong, como primer autor.

El estudio diseñó una superficie con una estructura de doble gradiente, como se muestra en la figura 1. Utilizado por los miembros del equipoNanoarco de mofang Precision Company ® La impresora 3D s140 micro Nano fabrica una matriz de microagujas a nivel de micrasLa base de la aguja es de 300 micras, la longitud es de 800 micras y la distancia entre las agujas es de 300 micras, lo que muestra una buena morfología y distribución de la matriz en las imágenes sem.

La primera estructura de gradiente de la superficie de doble gradiente está compuesta por islas convexas continuas, con curvas asimétricas laterales, que pueden facilitar la propagación de gotas asimétricas y acelerar el rebote de las gotas. El segundo gradiente está compuesto por una matriz de microagujas cónicas microscópicas, y el espaciamiento de los conos se estrecha gradualmente en la dirección vertical, lo que permite a las gotas almacenar suficiente energía capilar durante el proceso de caída y completar una rápida conversión de energía cinética a energía capilar.

Los experimentos han demostrado que las gotas que chocan contra esta superficie presentan un modo de rebote asimétrico a una velocidad de colisión más baja (el número de Weber es inferior a 9,7), con un tiempo de contacto sólido - líquido reducido a 13,2 ms; y el cambio al modo de rebote en forma de pastel a una velocidad de colisión más alta (el Número de Weber es superior a 9,7), con un tiempo de contacto sólido - líquido reducido aún más a 4,5 ms. los análisis experimentales y teóricos han demostrado que la adaptabilidad de este modo de rebote se debe a la competencia entre la presión capilar y la presión dinámica del agua, así como a la redistribución de la energía durante la propagación de las gotas en el plano.

En comparación con otras estrategias reportadas anteriormente, la superficie de doble gradiente diseñada para este trabajo combina las ventajas del rebote asimétrico y el rebote en forma de pastel, y sin un control preciso del punto de colisión de las gotas, se puede lograr una separación rápida efectiva de las gotas en un rango de número Weber más grande, proporcionando nuevas ideas para la Separación rápida de las gotas.

Enlace al texto original:

https://doi.org/10.1002/smll.202304635

Nota: se han obtenido los derechos de autor de la reimpresión