För det mesta, Fluiddynamikforskare har fokuserat ansträngningar för att förstå detaljerna om påverkande droppar på plana styva ytor; effekten av böjda, konvexa eller kompatibla ytor på dynamiken hos slagande droppar är fortfarande relativt okänd. Detta trots sin extrema relevans för nutida applikationer, såsom 3D-bläckstråleutskrift och leverans av bekämpningsmedel på löv.

Ett team av forskare från University of Liverpool Laboratory of Technical Physics i Storbritannien har nu detaljerat dessa effekter genom att undersöka effekterna av vattendroppar på sfäriska mjuka ytor. De presenterar sin forskning den här veckan i tidskriften Vätskans fysik , från AIP Publishing.

Med hjälp av en polydimetylsiloxan (PDMS) silikonelastomer, forskarna producerade en mängd olika konvexa halvklotformiga elastiska substrat. Olika uppsättningar experiment utfördes av Liverpool -laget, varierande effektparametrar, inklusive diameterförhållanden, polymerelastisk modul och Weber -nummer.

"Vi tog ett mjukt material, en silikonpolymer, och vi kunde ändra mjukheten eller hårdheten hos denna silikon, förbereder det på olika sätt, "sa Volfango Bertola, medlem i forskargruppen.

Teamets analys fokuserade på de kvantiteter som kännetecknar morfologin, eller spridningen och indragningen, av påverkande droppar, och effekterna som påverkar parametrarna på spridning och indragning. De använde bildbehandling för att få en inblick i dessa fenomen, och sedan för att mäta spridningsvinkelområden, våta kurvlängder och dynamiska kontaktvinklar för vattendroppar som påverkar olika polymerer.

En unik bildbehandlingsteknik baserad på en goniometrisk mask gav mätningar av den dynamiska kontaktvinkeln under påverkan. Denna nya teknik kräver inte att droppformen är sfärisk, eller till och med vara symmetrisk, och det var detta som gjorde mätningen av den dynamiska kontaktvinkeln möjlig.

Forskarna visade att ytkrökning förbättrar tillbakadragandet av den påverkade droppen. De bestämde att detta berodde på skillnaden i energispridning som orsakas av ytkurvaturen. Denna spridning är det som får dropptemperaturen att stiga under påverkan.

Rent generellt, slagparametrarna visade sig påtagligt påverka den dynamiska kontaktvinkeln under påverkan. En kvantitativ uppskattning av deformationsenergi visade att denna energi ligger långt under den viskösa spridningen.

Av de tre studerade effektparametrarna Weber -numret visade sig skapa störst effekt på den dynamiska kontaktvinkeln. I alla studerade situationer, en ökning av effekten Weber -antalet observerades för att systematiskt minska den dynamiska kontaktvinkeln, oavsett andra parametervärden. Faktiskt, Liverpool -laget fann att effekten av diameterförhållandet och elastisk modul på spridning är begränsad.

Att använda en enkel energibesparingsmetod för att redogöra för energispridningen via deformation av substratet förklarar endast en liten del av de experimentella resultaten. Gruppen konstaterade att detta tillvägagångssätt inte var tillräckligt för att förklara, specifikt, maximal spridningslängd. Detta, och andra faktorer, väcker nya frågor om fallpåverkan på konvexa mjuka ytor; dock, processen är på god väg på grund av dessa forskare.

"Det finns ett slags nytt område som kan utforskas, detta är det första arbetet som pratar om påverkan på mjuka sfärer. Detta kommer förhoppningsvis att uppmuntra andra att studera dessa mer i detalj, både experimentellt och numeriskt, Sa Bertola.