비 뉴턴 유체의 낙하 충격 역학을 연구하기 위해 빠른 이미징 기술

고체 표면에 영향을 드롭 드롭의 정밀한 제어가 확산 튀는를 원하는 ^3,4 인쇄 잉크젯을 사용하여 전자 제조 ^1, 스프레이 코팅 ² 및 첨가제 제조와 관련된 많은 응용 프로그램의 핵심 과정이다. 그러나, 낙하 충격의 직접적인 관찰은 두 가지 이유에 대한 기술적 도전이다. 첫째, 시간 척도 내에서 광 현미경 및 DSLR 카메라와 같은 기존의 영상 시스템에 의해 쉽게 이미지화하기에​​ 너무 짧은 (~ 100 마이크로 초)를 발생하는 복잡한 역동적 인 과정이다. 플래시 촬영을 훨씬 더 빨리 물론 이미지의 수 있지만, 시간의 진화에 대한 자세한 분석을 위해 필요에 따라, 연속 촬영을 허용하지 않습니다. 둘째, 충격 불안정성에 의해 유도 된 길이 치수는 10 ㎛ ^5만큼 작을 수있다. 따라서 정량적 영향 프로세스에게 합리적으로 높은 공간 해상도와 함께 초고속 영상을 결합하는 시스템을 연구하는 것은 종종원하는. 이러한 시스템에 미치는 영향 ^6-8 이후 글로벌 기하학적 인 변형에 주로 초점을 맞추고 있지만, 이러한 튀는의 발병 같이 이른 시간에 대한 정보, 영향과 관련된 비평 프로세스를 수집 할 수 없습니다 물방울의 영향에 대한 초기 작업의 부재. 유체 ^9,12의 CMOS 고속 비디오 그래피의 최근 발전은 아래로 1 마이크로 초 이하 만 FPS와 노출 시간에 최대 프레임 속도를 추진해 왔습니다. 또한, 새롭게 개발 된 CCD 촬상 기술은 잘 백만 FPS ^9-12 상기 프레임 속도를 밀 수있다. 반면에, 공간적 해상도는 확대 렌즈 ^(12)를 이용하여 1 μM / 화소의 순서로 증가 될 수있다. 결과적으로, 그것은 전례가없는 세부 사항에서 낙하 충격의 다양한 단계의 물리적 매개 변수의 넓은 범위의 영향을 탐구하고 체계적으로 실험과 이론 ^5,13-16을 비교할 수있게되었다. 예를 들어, 뉴턴 유체에 튀는 전환 fou를했다고유의 레올 로지 수율 스트레스 유체 ^(17)의 확산 역학을 결정하는 동안 차, 분위기 압력 ^5로 설정합니다.

여기에 간단하면서도 강력한 고속 영상 기술 도입과 충격 비 뉴톤 유체의 두 가지 유형의 역학 연구에 적용된다 : 액체 금속 및 밀집 현탁액. 공기에 노출되면, 기본적으로 (수은 제외) 모든 액체 금속은 자발적으로 자신의 표면에 산화물 피부를 개발할 것입니다. 기계적 피부 효과, 표면 장력 및 금속 ^(18)의 젖음성을 변화하는 것으로된다. 이전 글 ^(15), 저자의 몇 가지 정량적으로 확산 과정을 공부하고 피부 효과에 미치는 영향 역학, 충격 매개 변수를 사용하여 최대 확산 반경 특히 스케일링에 영향을 미치는 방법을 설명 할 수 있었다. 액체 금속은 높은 표면 반사율을 갖고 있기 때문에, 조명에주의 조정 촬상 요구된다. 정학의액체의 작은 입자로 구성 다시. 심지어 간단한 뉴턴 액체, 특히 부유 입자의 높은 볼륨의 일부에, 즉 고밀도 현탁액에 발음됩니다 비 뉴톤 행동, 입자의 결과를 추가. 특히, 튀는의 발병 현탁액 방울 부드러운 하드 표면 안타 전작 ^16에서 공부했다. 액체 입자와 입자 간 상호 작용은 모두 간단한 액체에서 예상했던 것과 크게 튀는 동작을 변경할 수 있습니다. 높은 공간 해상도가 필요합니다이 실험에서 80 μm의 한 작은 입자를 추적 할 수 있습니다.

이러한 높은 공간적 해상도를 제공하며 측면에서 아래에서 모두 영향을 관찰하는 기능 등 다양한 기술 요구 사항의 조합은, 모두 여기에 설명 된 이미지 설정에 만족 될 수있다. 표준 프로토콜에 따라, 아래에 설명, 충격 역학 inves에 할 수있다퍼짐 거동 및 스플래쉬에 대해 명시 적으로 도시 된 바와 같이, 제어 된 방식으로 tigated.