科學(xué)家利用3D打印技術(shù)研究提高納米級(jí)印刷的方法

【中國包裝網(wǎng)訊】隨著對(duì)納米技術(shù)的興趣和需求不斷增長(zhǎng)，納米級(jí)印刷和噴涂的需求也將增加，而這需要在表面上沉積微滴液體。現(xiàn)在，來自北京清華大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)了一種新的理論，描述這樣的納米液滴在撞擊表面時(shí)如何變形和破裂。

該研究結(jié)果發(fā)表在出版物“物理流體”中，可以幫助研究人員提高納米級(jí)印刷和涂層的質(zhì)量。例如，當(dāng)噴涂涂層時(shí)，液滴在撞擊表面時(shí)越小和越快，涂層的質(zhì)量越好，清華大學(xué)工程力學(xué)系教授陳敏(音譯)說。然而，在某些沖擊速度下，液滴將破裂并飛濺，破壞涂層。

因此，為了改善打印和噴涂技術(shù)，我們需要更好地理解導(dǎo)致液滴在撞擊表面時(shí)變形的條件，以及它們?nèi)绾纹屏?。但是，因?yàn)閷?duì)納米液滴的實(shí)驗(yàn)是非常困難的，研究人員需要經(jīng)常依靠計(jì)算機(jī)模擬。

Chen和他的團(tuán)隊(duì)使用了一種稱為分子動(dòng)力學(xué)模擬的技術(shù)，其中它們模擬了構(gòu)成一滴水的每個(gè)分子。約由12，000個(gè)分子組成的每個(gè)液滴的直徑約為8.6納米，并以每秒幾百米的速度撞擊表面。收集當(dāng)計(jì)算機(jī)模擬水分子撞擊平坦表面時(shí)發(fā)生的情況。

“我們開發(fā)了一個(gè)分析模型來描述變形過程，另一個(gè)描述分解過程，”陳說。“變形模型改進(jìn)了團(tuán)隊(duì)以前的工作，但是分裂模型是全新的。”

分裂模型將理論與模擬的結(jié)果相結(jié)合，提供了一個(gè)公式，研究人員可以使用該公式來計(jì)算液滴何時(shí)破碎。據(jù)陳說，該模型已準(zhǔn)備好在應(yīng)用中使用。

但有一個(gè)限制是，該模型僅被驗(yàn)證為對(duì)于納米級(jí)的液滴工作，而不是對(duì)于更大的液滴工作。

“原因是微滴分解的方式在宏觀和納米尺度上是不同的，”研究合作者李布璇(音譯)說。

該模型也僅適用于所謂的牛頓流體，如水。研究人員正在努力開發(fā)非牛頓流體的模型，如原油或玉米淀粉和水(有時(shí)稱為Oobleck)的粘性混合物。例如，對(duì)于3D打印聚合物和生物材料(例如人類組織和器官)將需要非牛頓模型。

該模型也適用于描述水滴如何與飛機(jī)碰撞并形成冰，這是一種安全隱患。懸浮在云中的這些水滴通常在20至50微米的范圍內(nèi)，大于模擬中的水滴。然而，陳說，他們的模型是有用的，因?yàn)闆]有多少人知道這些水滴如何撞擊飛機(jī)。