麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)找到了一種控制凍結(jié)液滴撞擊表面的活動(dòng)的方法，使其能夠確定液滴是否會(huì)粘附，反彈或“自剝”。這一發(fā)現(xiàn)可能對(duì)未來(lái)的3D打印機(jī)和其他技術(shù)產(chǎn)生影響。例如，您可以想要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)非常光滑的表面，以減少機(jī)械部件的摩擦，或調(diào)整廚房用具的表面熱導(dǎo)率。然而，對(duì)于一組麻省理工學(xué)院研究人員來(lái)說(shuō)，精確控制表面性質(zhì)的能力使他們能夠做出非常不尋常的事情：控制影響液滴的行為。
冷凍過(guò)程中的水滴在碰到表面時(shí)傾向于兩件事：凝固或反彈。而在某些工程應(yīng)用中，冶金，一些3D打印工藝， 這個(gè)二進(jìn)制的結(jié)果可能是非常重要的。問(wèn)題在于，很難預(yù)測(cè)或控制液滴的流向。到目前為止，對(duì)這種液滴的行為的研究?jī)A向于集中在它們落下的表面的疏水性質(zhì)：換句話說(shuō)，這些表面是否傾向于吸引或排斥水。但麻省理工學(xué)院的研究人員他們正在研究那些表面的熱性能，認(rèn)為這些表面的熱性能“調(diào)諧”可以允許控制液滴的各種應(yīng)用。

麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系副教授克里帕·瓦拉納西（Kripa Varanasi）說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)了很有趣的東西，我們有兩種基材具有相似的潤(rùn)濕性質(zhì)（在表面上擴(kuò)散或卷起的趨勢(shì)），但具有不同的熱性能。“對(duì)于研究人員的驚喜，與常見(jiàn)的假設(shè)相反，兩種底物的行為方式非常不同。

熔融金屬液滴“脫落”硅樹(shù)脂基材，但是緊貼玻璃表面。由于玻璃是一種良好的絕熱材料，實(shí)驗(yàn)使研究人員相信，可以通過(guò)調(diào)整其沖擊表面的熱性能來(lái)控制液滴的附著力。瓦拉納西說(shuō)：“它為我們控制這種液固相互作用的結(jié)果提供了新的工具。”通過(guò)熱性質(zhì)，研究人員不僅僅在談?wù)摐囟?。相反，諸如熱效率的因素 - 材料可以交換熱量的速率發(fā)揮很大的作用。即使每個(gè)溫度相同，它比木制板子感覺(jué)比在一個(gè)石頭地板上更冷。這是因?yàn)榫哂休^高熱效率的石材表面可以更快地將熱量從您的腳上吸走。并且液滴的行為是相似的。當(dāng)他們?cè)谝后w和基底之間的界面研究局部冷凍機(jī)制時(shí)，研究人員注意到液滴外邊緣條紋的逐漸發(fā)展。

這一切都是在一臺(tái)熱敏高速攝像機(jī)上拍攝的，它顯示“當(dāng)冰塊凍結(jié)時(shí)，液滴意外地卷曲起來(lái)并從表面上分離出來(lái)。”研究人員創(chuàng)造了“自剝”一詞來(lái)描述這種卷曲和分離現(xiàn)象。“這種現(xiàn)象的主要成分是短時(shí)間流動(dòng)動(dòng)力學(xué)之間的相互作用，這種動(dòng)力學(xué)確定了附著力，并導(dǎo)致更長(zhǎng)的時(shí)間尺度的熱效應(yīng)。知道這一點(diǎn)，研究人員可以組合一個(gè)“設(shè)計(jì)圖”，其中概述了關(guān)鍵的熱性質(zhì) - 溫度，滴落和底物的揮發(fā)性等 - 影響液滴是否會(huì)粘附，反彈或“自剝”。

麻省理工學(xué)院研究人員的主要實(shí)驗(yàn)包括研究熔融金屬液滴在各種表面時(shí)的行為。這是特別感興趣的領(lǐng)域，因?yàn)樯婕敖饘賴娡康某练e的工業(yè)過(guò)程取決于理解和控制金屬液滴的粘附。研究人員在他們的研究論文中解釋說(shuō)：“這些見(jiàn)解在從熱噴涂和添加劑制造到極紫外光刻的過(guò)程中具有廣泛的應(yīng)用。

為了實(shí)際應(yīng)用他們的研究結(jié)果，研究人員設(shè)想了一個(gè)能夠立即調(diào)整表面特性以使液滴粘滯或反彈的系統(tǒng)。有時(shí)候，這樣調(diào)整溫度也是一樣簡(jiǎn)單，盡管也可以進(jìn)行更復(fù)雜的調(diào)整。