软表面抑制液滴飞溅 | Phys. Rev. Lett. 论文推荐

改变物体表面的刚度可以减少甚至消除液滴撞击时产生的飞溅。

撰文 Katherine Wright

翻译 彭晓晗

审校 金庄维

当液滴撞击硬表面时，它会向各个方向飞溅。如果是灌溉，水滴飞溅也无妨。但在需要保持无菌的医院中或者使用有毒液体（如喷洒农药）时，这就很糟糕。研究人员现已证明，如果物体表面由柔软的材料构成，如凝胶或橡胶，液滴的飞溅就能被抑制。

英国牛津大学的 RobertStyle 及其同事用乙醇液滴撞击一系列不同刚度的软硅胶，并将它们的飞溅行为与撞击硬表面的情况进行比较。撞击初期，液滴在所有表面上行为一致：液滴变平，并开始像煎饼一样铺开。对于硬表面，液滴铺得更开，边缘也更薄，然后边缘分裂形成细雾向外喷溅。随着表面变软，喷溅逐渐减少，直到最终喷溅消失，薄饼状保持完整。根据研究组的模拟，在最初30μs 的撞击期间，软表面的形变是抑制液滴飞溅的原因。形变仅吸收液滴动能的一小部分，但足以保持液滴完整。

研究组 发现，软表面上也可以发生飞溅，只是相比硬表面，液滴的降落高度需要提高将近一倍。

这项工作发表于《物理评论快报》。

原文链接：http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.117.184502

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论文基本信息

【题目】It’s Harder to Splash on Soft Solids

【作者】Robert Style et.al.

【期刊】Phys. Rev. Lett.

【日期】2016.10.26

【DOI】10.1103/PhysRevLett.117.184502

【摘要】Droplets splash when they impact dry, flat substrates above a criticalvelocity that depends on parameters such as droplet size, viscosity, and airpressure. By imaging ethanol drops impacting silicone gels of differentstiffnesses, we show that substrate stiffness also affects the splashingthreshold. Splashing is reduced or even eliminated: droplets on the softestsubstrates need over 70% more kinetic energy to splash than they do on rigidsubstrates. We show that this is due to energy losses caused by deformations ofsoft substrates during the first few microseconds of impact. We find thatsolids with Young’s moduli ≲100kPa reduce splashing, in agreement with simple scalingarguments. Thus, materials like soft gels and elastomers can be used as simplecoatings for effective splash prevention. Soft substrates also serve as auseful system for testing splash-formation theories and sheet-ejectionmechanisms, as they allow the characteristics of ejection sheets to becontrolled independently of the bulk impact dynamics of droplets.

【链接】http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.184502

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