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科学家利用3D打印技术研究提高纳米级印刷的方法

日期:2017-02-15

随着对纳米技术的兴趣和需求不断增长,纳米级印刷和喷涂的需求也将增加,而这需要在表面上沉积微滴液体。现在,来自北京清华大学的研究人员已经开发了一种新的理论,描述这样的纳米液滴在撞击表面时如何变形和破裂。

 

 

该研究结果发表在出版物“物理流体”中,可以帮助研究人员提高纳米级印刷和涂层的质量。例如,当喷涂涂层时,液滴在撞击表面时越小和越快,涂层的质量越好,清华大学工程力学系教授陈敏(音译)说。然而,在某些冲击速度下,液滴将破裂并飞溅,破坏涂层。

因此,为了改善打印和喷涂技术,我们需要更好地理解导致液滴在撞击表面时变形的条件,以及它们如何破裂。但是,因为对纳米液滴的实验是非常困难的,研究人员需要经常依靠计算机模拟。

Chen和他的团队使用了一种称为分子动力学模拟的技术,其中它们模拟了构成一滴水的每个分子。约由12,000个分子组成的每个液滴的直径约为8.6纳米,并以每秒几百米的速度撞击表面。收集当计算机模拟水分子撞击平坦表面时发生的情况。

“我们开发了一个分析模型来描述变形过程,另一个描述分解过程,”陈说。“变形模型改进了团队以前的工作,但是分裂模型是全新的。”

分裂模型将理论与模拟的结果相结合,提供了一个公式,研究人员可以使用该公式来计算液滴何时破碎。据陈说,该模型已准备好在应用中使用。

但有一个限制是,该模型仅被验证为对于纳米级的液滴工作,而不是对于更大的液滴工作。

“原因是微滴分解的方式在宏观和纳米尺度上是不同的,”研究合作者李布璇(音译)说。

该模型也仅适用于所谓的牛顿流体,如水。研究人员正在努力开发非牛顿流体的模型,如原油或玉米淀粉和水(有时称为Oobleck)的粘性混合物。例如,对于3D打印聚合物和生物材料(例如人类组织和器官)将需要非牛顿模型。

该模型也适用于描述水滴如何与飞机碰撞并形成冰,这是一种安全隐患。悬浮在云中的这些水滴通常在20至50微米的范围内,大于模拟中的水滴。然而,陈说,他们的模型是有用的,因为没有多少人知道这些水滴如何撞击飞机。(3D打印网)

 

http://mt.sohu.com/20170213/n480593791.shtml

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