电场下液滴无气泡沉积的电流体动力学行为研究

【作者】 田雨； 刘艳初； 狄琳森； 占子熠； 叶冬； 关寅； 邓巍巍； 黄永安；

【机构】 华中科技大学数字化制造装备与技术国家重点实验室； 南方科技大学力学和航空航天工程系； 华中科技大学能源与动力工程学院；

【摘要】 当一个电中性液滴沉积到一个刚性基板表面时,往往会由于液滴底部空气薄膜受挤压导致粘性剪切作用凸显,气膜中心增强的润滑压力使液滴底部上凹成酒窝形。由此液滴与基板形成了环形接触,环内气体无法逸出,最终在液滴底部形成一个小气泡。我们通过实验和数值模拟发现,上述的气泡捕获行为可以通过施加竖直方向空间电场的方式得到消除。在电场中,液滴表面极化出感应电荷,受电场力的作用发生形变。特别是与基体接触之前的极短间距(δ<100μm)内,液滴底部的感应电应力急剧增加,致使液滴底部变得尖锐,从而减小了液滴与基板的初始接触半径。当外部电场达到一个临界值时,将会形成中心点接触并消除了底部气泡捕获行为。通过建立偶极子电荷镜像理论模型,我们给出了该临界电场的标度率(Γ_E∝(?)),这在实验和数值模拟上都得到了验证。这项工作为液滴的无气泡沉积提供了一种新的调控方法,将有机会解决基于液滴沉积的增材制造工艺(如:喷墨打印、电流体喷印、熔融金属打印等)中因气泡捕获导致的质量缺陷问题。更多还原