سريع التصوير وتقنيات لدراسة تأثير انخفاض ديناميات السوائل غير النيوتونية

إسقاط أثر على سطح صلب هو عملية أساسية في العديد من التطبيقات التي تنطوي على افتراء الالكترونية ^{1، 2} رذاذ الطلاء، والمضافات التصنيع باستخدام الطباعة النافثة للحبر ^3،4، حيث مراقبة دقيقة من هبوط نشر والرش هو المطلوب. ومع ذلك، الملاحظة المباشرة للتأثير انخفاض يمثل تحديا تقنيا لسببين. الأول، هو عملية ديناميكية معقدة الذي يحدث داخل فترة زمنية قصيرة جدا (~ 100 μsec) ليتم تصويرها بسهولة عن طريق نظم التصوير التقليدية، مثل المجاهر البصرية وكاميرات DSLR. فلاش التصوير يمكن من الصورة بالطبع أسرع بكثير، ولكن لا تسمح لتسجيل مستمر، كما هو مطلوب لتحليل مفصل للتطور مع مرور الوقت. الثانية، ومقياس طول الناجمة عن عدم الاستقرار أثر يمكن أن تكون صغيرة مثل 10 ميكرون ^5. وبالتالي، لدراسة كميا عملية تأثير النظام الذي يجمع بين التصوير فائق السرعة جنبا إلى جنب مع قرار مكانية عالية معقول في كثير من الأحيانالمطلوب. في غياب مثل هذا النظام، والعمل في وقت مبكر تأثير قطرات تركز معظمها على تشويه هندسية العالمية بعد التأثير ^6-8، ولكن لم يتمكن من جمع معلومات حول وقت مبكر، والعمليات المرتبطة nonequilibrium الأثر، مثل بداية الرش. دفعت التطورات الحديثة في CMOS عالي السرعة بالفيديو من السوائل ^9،12 معدل الإطار ما يصل إلى مليون إطار في الثانية ومرات التعرض الأسفل μsec 1. وعلاوة على ذلك، يمكن للتقنيات التصوير CCD وضعت حديثا دفع معدل الإطار أعلاه من مليون في الثانية ^9-12. ، ويمكن زيادة القرار المكانية من ناحية أخرى لأمر 1 ميكرون / بكسل باستخدام العدسات المكبرة ^12. نتيجة لذلك، فقد أصبح من الممكن لاستكشاف بتفصيل لم يسبق له مثيل تأثير مجموعة واسعة من المعلمات المادية على مراحل مختلفة من تأثير انخفاض ومقارنة منهجية التجربة والنظرية ^5،13-16. على سبيل المثال، كان الانتقال تناثر السوائل النيوتونية في فوالثانية تحددها ضغط الغلاف الجوي ^5، في حين تقرر الريولوجيا الجوهرية ديناميات انتشار السوائل الغلة الإجهاد ^17.

هنا يتم إدخال تقنية التصوير السريع بسيطة لكنها قوية والتطبيقية لدراسة ديناميات تأثير نوعين من السوائل غير النيوتونية: المعادن السائلة والمعلقات المزدحمة بالسكان. مع التعرض للهواء، وذلك أساسا عن المعادن السائلة (باستثناء الزئبق) سوف تتطور بشكل عفوي على الجلد أكسيد على سطحها. ميكانيكيا، تم العثور على الجلد لتغيير التوتر السطحي فعالية وقدرة ترطيب المعادن ^18. في ورقة سابقة ^15، ودرس العديد من المؤلفين عملية نشر كميا وكانت قادرة على شرح كيفية تأثير الجلد يؤثر على ديناميكية التأثير، خصوصا التحجيم من أقصى نصف قطر الانتشار مع معلمات التأثير. منذ المعدن السائل يحتوي على نسبة عالية انعكاسية السطح، مطلوب التعديل حذرا من الإضاءة في التصوير. تعليق علىإعادة تتألف من جزيئات صغيرة في السائل. حتى بالنسبة للسوائل نيوتن بسيطة، إضافة نتائج الجزيئات في السلوك غير النيوتونية، الذي يصبح وضوحا خاصة في تعليق كثيفة، أي في جزء ارتفاع حجم الجسيمات العالقة. بشكل خاص، وقد درس بداية تناثر قطرات التعليق عندما يضرب على نحو سلس، سطح صلب في الأعمال السابقة ^16. كل من الجسيمات السائل والتفاعلات بين الجسيمات يمكن تغيير سلوك الرش كثيرا عن ما يمكن توقعه من السوائل بسيطة. لتعقب جزيئات صغيرة مثل 80 ميكرون في هذه التجارب هناك حاجة لقرار مكانية عالية.

مزيج من مختلف المتطلبات التقنية مثل القرار الزماني والمكاني عالية، بالإضافة إلى القدرة على رصد الآثار سواء من الجانب ومن أدناه، يمكن أن يكون راضيا كل ذلك مع الإعداد التصوير الموصوفة هنا. باتباع بروتوكول قياسي، هو موضح أدناه، ويمكن أن يكون تأثير ديناميات التحرياتtigated بطريقة تخضع للمراقبة، كما هو موضح صراحة لنشر والرش السلوك.