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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

浏览次数: 日期:2017-02-04

 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。

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