电流体雾化双液滴电聚结行为研究

电流体喷印技术具有分辨率高,溶液参数适应性广等优点,是新型显示制造工艺创新突破的重要载体之一,可用于OLED微米厚度有机TFE膜高效制造。为深入探索电流体雾化技术制备微纳液膜过程,解决现阶段对液膜制备过程中各因素作用机理了解不清的问题,基于相场方法建立了液滴电聚结两相流耦合模型,分析了制备过程中“双液滴电聚结”单元。研究外加电压、基板接触角、液滴间隙和直径对液滴聚结的影响,并总结了液滴可聚结工艺参数相图。研究结果表明,外加电压越大、液滴隙径比越小,聚结后液滴高径比越大,聚结越快;基板接触角越大,聚结后高径比越大,聚结越慢,甚至可能使液滴无法聚结。在亲水基板上外加适当电压或增加液滴密度缩短液滴间隙有助于促成基板上液滴电聚结.该研究结论和工艺相图可应用与电流体雾化制膜时工艺参数调控。

基于电流体动力学的马铃薯切片干燥特性变化

电流体动力学干燥作为一种新型干燥技术,以成本低、干燥均匀、高效节能等优势,为热敏性物料的干燥提供了新的方法。为探究电流体动力学作用下马铃薯切片的干燥特性和理化特征,该研究将马铃薯切片在0、14、18、22、26、30 kV的交流电压下进行干燥,利用红外光谱和低场核磁共振技术分析电流体动力学干燥对马铃薯切片中分子结构、水分迁移的影响。结果表明,马铃薯切片在30 kV电压下的平均干燥速率、有效水分扩散系数、复水比分别为0.9228 g/(g·h)、2.2653×10^(−10)m ^(2)/s、4.78,明显优于其他电压下的试验结果。电流体动力学干燥后,马铃薯切片中的官能团没有发生明显变化,蛋白质以β-折叠结构为主。干燥可提高马铃薯切片内部自由水的流动性并降低组织对不易流动水的束缚力,从而促进水分的去除和迁移。电流体动力学干燥技术较好地保留了马铃薯的营养成分,该研究结果为马铃薯切片的干燥提供理论依据。

电流体喷印相邻喷嘴射流干扰机理与抑制探讨

针对多喷嘴式电流体喷印系统中相邻喷嘴之间的带电射流干扰问题,建立电液耦合作用下的射流喷射的数值仿真模型。采用控制变量法揭示了相邻喷嘴锥射流产生干扰的原因及工作电压、供液流量和相邻间距对于射流干扰程度的影响规律。初步探讨了一种基于环形气流辅助喷射的射流干扰抑制方法,建立了气—电—液多场耦合作用下的射流喷射的数值仿真模型。通过研究不同气流速度对于射流喷射的影响规律,结果表明:射流偏斜角随着电极电压的增大而增大,随喷嘴间距的增大而减小,随溶液流量的改变不明显。在合理的工艺条件下,射流能够垂直喷射到基底上。适当的辅助气流输入(5~25m/s)可有效抑制喷嘴锥射流因电致斥力产生的干扰。当气流速度超过临界阈值(25m/s)后,辅助气流对喷嘴锥射流容易带来额外的不稳定性和不可控性。

熔融合金电流体直写制备高分辨率可回收电路

可回收电路具有材料利用率高、成本低、工艺简单等优点,能够带来良好的经济效益,同时减少了对环境的污染,在绿色制造中具有重要意义,但传统印刷工艺难以满足其高分辨率、高附着力的制备要求。提出了一种熔融合金电流体直写制备高分辨率可回收电路的方法。通过实验验证了该方法的可行性,发现高温的熔融合金能使基板软化,并部分嵌入其中,具有较好的附着力。此外,探究了喷嘴工作距离、脉冲峰值电压以及基板运动速度这三个关键工艺参数对熔融合金电流体直写成型质量的影响规律。结果表明:当喷嘴工作距离为0.25 mm,脉冲峰值电压为2.5 kV,以及基板移动速度为4.0 mm/s时,熔融合金电流体直写成型质量最好,平均线宽约为70μm。最后,在聚酰亚胺(PI)基底上直写制备了高分辨率的可回收电路,并成功点亮了发光二极管,完成了电路的后续回收处理及循环利用工作,为熔融合金材料在可回收电子和绿色制造中的应用提供了新的途径。

电流体动力学静音泵制备及性能研究

为实现快速、精确和智能主动控制,课题组设计制备了一种电流体动力学(electro hydro dynamics,EHD)静音泵。该种泵是基于电场与介电液直接相互作用的一类非机械泵,采用三明治结构,上、下2层电极完全对称,呈梳齿状排布;中间为宽度2 mm,高1 mm的通道层。通道层中充满了介电液,在高强度电场下介电液中杂质或弱电解质的解离产生自由电荷,致使介电液产生流动。为了对电流体静音泵驱动力的影响因素有更深入的了解,课题组用液位差表征静音泵的驱动力,通过控制变量法分析了不同电极间距、不同电极宽度和不同电极对间距对静音泵驱动力的影响。结果表明:不同电极宽度的变化对驱动力影响较小;在发生击穿前的同等电压下,电极间距越小,驱动力越大;而在发生击穿前的同等电压下,电极对间距在大于4 mm后,驱动力变化不大。

电流体泵驱动的柔性弯曲执行器的设计及分析

针对目前柔性执行器需要外置的刚体泵和阀的问题,基于人手指弯曲抓握的运动特点,设计了一款由内嵌电流体泵驱动的柔性弯曲执行器。设计了电流体泵,通过实验分析了电流体泵的极板间距和电极孔直径对电流体泵输出流量和压强的影响,确定了电流体泵针电极、孔电极等部件的尺寸,研制了电流体泵样机。将多个电流体泵串联及并联,分别得出了输入电压与输出流量、输出压强的关系,确定了以2个电流体泵串联的方式来驱动软体执行器;建立了柔性执行器的力学模型,对柔性执行器进行了弯曲仿真和实验,得到了驱动压强与柔性执行器弯曲角度之间的关系,证明了柔性执行器具有良好的弯曲性能。弯曲角度的实验值、仿真值、理论值较一致,理论模型和仿真模型可以较为准确地描述柔性弯曲执行器的弯曲变形。电流体泵与柔性执行器高度集成,使电流体泵可以直接驱动柔性执行器弯曲变形,实现了柔性弯曲执行器的可携带性。

基于电流体动力学喷印法的胶体量子点MEMS气体传感器性能

针对传统的成膜工艺无法实现在百微米级并且结构悬空的微电子机械系统(MEMS)基板上实现气敏薄膜制备的问题,利用电流体动力学(EHD)喷印技术结合氧化钨(WO_(3))胶体量子点进行气敏薄膜的无掩模沉积。考虑MEMS基板对沉积精度和工艺条件要求较高,因此首先基于EHD理论建立EHD喷印的数值模型,模拟锥射流形成过程以及电压、油墨属性等因素对锥射流稳定性的影响,并采用实验进行对比分析,验证仿真的有效性并制备出符合喷印的墨水,后采用EHD喷印制备MEMS气体传感器。实验结果表明,利用EHD喷印方法制备的WO_(3)气体传感器的薄膜致密均匀,在150℃下功耗仅20 mW,对体积分数5×10^(-6)NO_(2)的响应值约为10,能实现体积分数5×10^(-7)~1×10^(-5)的NO_(2)检测,检测下限低至1.6×10^(-7),具有优异的气敏性能。

基于电流体喷墨打印直写纳米银浆的柔性应变传感器及其应用

柔性传感器在皮肤信号监测方面应用广泛,但传统印刷工艺难以满足其高精度定位、高黏度墨液印刷的制备要求。利用电流体喷墨打印工艺在高黏度材料制备方面的优势,使用纳米银浆制作用于人体皮肤信息采集的电阻式柔性应变传感器。探索电喷印工艺参数对导电线宽的影响规律,使用内径0.16 mm的喷嘴以30 mm/s的打印速度移动制得宽度120μm的银线。通过实验得出打印速度和喷嘴内径对银线线条宽度和质量的影响规律,利用电流体喷墨打印工艺制备出基于聚二甲基硅氧烷柔性基底和纳米银浆敏感层的柔性应变传感器。利用自主研制的检测系统,测试并计算出传感器应变范围在3%内时灵敏度可达172.67。最后将传感器用于多个人体部位的姿态监测,证明其具有检测微小信号的能力。测试结果证明,电流体喷墨打印工艺可用于制备柔性应变传感器,制得的柔性应变传感器在智能穿戴设备上具有应用潜力。

基于机器学习的按需式电流体喷射打印微滴直径预测

为节省按需式电流体微滴喷射打印技术的微滴直径预测时间及解决众多工艺参数的合理选择问题,实现更高打印质量和效率,提出了数值仿真与机器学习算法相结合的方法。基于线性回归、支持向量回归、神经网络和随机森林算法建立8种参数与微滴直径的关系模型。算法结果表明:支持向量回归算法准确率最高、误差较小,随机森林算法和线性回归算法次之,神经网络算法准确率较低且误差较大。机器学习可以对按需式电流体微滴喷射打印微滴直径进行有效预测,此方法可以有效地提高设计效率。

高分辨率熔融金属电流体喷印直写工艺

固态金属材料以其高导电性和低成本等特点在柔性电子器件的制造中具有巨大的应用潜力,但现有熔融金属微制造工艺的制造精度有限。为了提高熔融金属在导电结构制备中的分辨率,研发了一种熔融金属电流体喷印直写打印方法。对该方法的基本原理进行阐述。利用自主研发的熔融金属电流体喷印喷头装置,以金属锡为原料进行实验,对打印工艺参数进行了研究。探究了脉冲峰值电压、喷嘴高度、打印速度对锡线成型质量的影响规律,研究结果表明:当脉冲峰值电压4.0 kV,喷嘴高度0.20 mm,打印速度2.0 mm/s时,锡线成型质量最好,能实现线宽约为50μm的锡线制备。最后,结合优化的工艺参数在聚酰亚胺(PI)薄膜上制作了高分辨率导电图案,验证了该方法的可行性,为熔融金属材料在柔性电子器件制造中的应用提供了新途径。

面向绝缘基底的正负极一体化电流体喷墨打印头射流沉积行为

针对常规电流体喷墨打印在绝缘基底上打印时易产生射流偏斜和卫星液滴等现象,研制了一种正负极一体化电流体喷墨打印头。先对正负极一体化电流体喷墨打印头进行数值模拟,再通过按需喷印的方式对影响射流形态和沉积行为的相关参数进行实验研究。结果发现,相比常规电流体喷墨打印结构,正负极一体化电流体喷墨打印头可减小空间电场对绝缘基底的影响。圆孔电极直径大于1 mm的正负极一体化电流体喷墨打印头结构具有聚焦射流和抑制卫星液滴的效果,该效果与圆孔电极直径呈负相关。此外,随着喷嘴与圆孔电极之间的距离增大,射流区域电场方向趋于更竖直。当间距大于0.6 mm时,正负极一体化电流体喷墨打印头能够有效抑制卫星液滴。工作电压幅值过小易导致液滴丢失,过大易使液滴变形。电压幅值在1.8 kV左右时,液滴平均直径约为210μm。

电流体动力学加工技术在食品中的研究进展

电流体动力学加工技术作为一种新型非热加工技术,逐步应用于食品科学技术领域,助力未来食品工业发展。本文对电流体动力学加工技术的工作原理、分类及影响因素,用于食品加工的生物分子原料以及该技术在食品加工中的应用进行详细阐述,同时总结并展望未来该技术在食品领域的发展。电流体动力学加工技术由静电纺丝和静电喷雾技术所组成,该技术可生产功能复杂的微米/纳米级纤维体或微粒,用于食品功能成分的微胶囊包埋、固定化酶、生物传感器与食品活性包装开发、食品3D打印辅助技术等开发。未来研究可以围绕提升纤维体/微粒产量,减少溶剂毒性残留,该技术与食品3D打印融合等方面,助力未来食品工业发展。

绝缘衬底的电流体喷印高分辨率微米电极研究

基于电流体动力学喷射理论,建立了集控制、运动和成像于一体的电流体喷印设备。由函数发生器和高压放大器为打印提供正负交变电场,以银导电墨水为打印材料,通过空气压缩机、调压阀和喷头将打印材料喷出,并采用交流供电的策略,进行了绝缘衬底上微米级的图案化银电极打印成型研究。探索高绝缘玻璃基板上电流体喷射打印过程的机理,利用控制变量法明确了电压、打印速度和工作距离3个关键打印参量对银电极打印成型特征的影响法则。结果表明:银电极的尺寸与工作距离成正比,与电压、打印速度成反比。在此研发基础上,在5 mm的厚绝缘玻璃衬底上成功打印并制备了分辨率为70μm的银电极阵列结构和复杂图形,打印结构边缘清晰可见、表面平整平滑,显示出电流体喷射打印方法能够在毫米级别绝缘衬底上对微米级别结构进行高质高效按需生产。

电晕放电电流体状态实验研究与数值模拟

为了分析电晕放电过程中电流体的形成过程及放电空间的流体分布状态,采用实验分析和数值模拟相结合的方法进行了实验研究。先在分析线板电晕放电伏安特性及极板处离子风分布变化的基础上确立了离子风速v与放电电压U之间的关系为v=(0.126-0.0217U+9.418×10-4U2)×23.3,然后建立线板放电二维模型并在流场分析平台Fluent软件上利用动力风代替离子风的方法,根据放电电压与离子风速之间的关系,模拟不同电压下放电通道内的电流体的状态。模拟显示的不同电压下离子风在极板处的衰减结果与相同条件下该处的实验值具有很好的符合度,从而证明简化的数值模拟方法及确立的电压和离子风速关系的正确性。采取的实验方法及数值模拟方法不仅简化了复杂的电流体流场问题,其结论也为除尘器的设计提供了必要的理论支持。

香蕉形液晶中非标准的电流体效应

本文重点介绍了香蕉形液晶中的电流体效应。由于具有独特的V形分子结构,香蕉形液晶的电输运参数与传统的棒状液晶非常不同,从而引发了非标准的电流体效应。通过改变外加电场频率、幅度、极性以及温度详细研究了这种新的流体动力学行为,为将来物理模型的建立提供了良好的实验基础。

电流体直流放电降解水中硝基苯的研究

电流体 (Electrohydrodynamic)直流放电降解水中硝基苯 ,电压为 4 0kV ,一次降解率在 50 %左右 ,二次总降解率为 80 % .生成物中含丙酮 ,说明苯环已经开环 .实验研究了降解率与电压极性、溶液流量、溶液浓度的关系 ,结果表明存在相应的最优值 .

流量对气液混合两相体电流体放电的影响

研究了空气和水组成的气流混合两相体中气、液流量对气液混合两相体电流体放电的影响 ,实验结果表明 ,液体流量对放电的影响要强于气体流量 ,适当增大液量能增加放电区域和提高放电强度 ;

滴状模式下液桥形成及断裂的电流体动力学特性研究

对电场作用下微通道荷电液滴脱落过程中液桥形成及断裂的显微演变特征进行了可视化实验研究.借助时空分辨率较高的高速摄像技术精确捕捉了电场作用下液桥形成及断裂的界面演化过程,研究了液桥的界面结构变化及其断裂的动力学显微演变行为,获得了时间特征数、电邦德数及半月面形成角对液桥长度及断裂顺序的作用规律.实验结果显示,液桥断裂长度取决于黏度与表面张力之比,而受荷电弛豫时间的影响甚微,低电压工况下各实验介质液桥相对长度的变化并不明显,而在较高电压工况下相对液桥长度的增长速度加快.随着电邦德数的不断增加,液桥长度的变化在较高邦德数下更为明显且存在突变区,此时伴随着雾化模式的转变,表明液桥的突变恰恰是雾化模式过渡的信号.不同物性介质的射流过渡行为由于液桥上下游形成角的变化而存在较大差异.对于无水乙醇介质,电邦德数的增加使滴状模式首先过渡到纺锤模式,而对于生物柴油,滴状模式后会首先出现脉动模式而非纺锤模式.

电除尘器内电流体动力学二次流与荷电粒子耦合作用的数值模拟

为分析电流体动力学(electrohydrodynamic,EHD)流动与荷电气溶胶粒子间的相互作用,给出了线板式电除尘器内关于EHD和带电粒子运动学的耦合数值模型。该模型采用有限体积法离散求解电场、空间电荷和带电粒子对流扩散方程,并与FLUENT湍流模型连接耦合。利用这一模型,对2种电场风速下线板式电除尘器内电风作用前后的气流流动形态与带电粒子运动行为进行了细致模拟,并用电流体Reynolds数NEHD分析了二次流动对气流、粒子浓度分布及粒子除尘效率的影响。结果表明,电风二次流动主要通过改变气流速度和湍流度分布来影响粒子向下游区域的对流输运过程。电风效应对粒子的除尘效率存在负面影响,其中对粒径小的粒子更为显著。但随着电场风速或粒子粒径的增加,电风二次流动对带电粒子的作用会逐渐变弱。考虑实际运行电除尘器的电场风速有效范围,这一负面影响最大可使粒径小于1.0μm粒子的捕集效率降低4%。

等离子体电流体动力激励器的建模与仿真

揭示辉光放电的电特性是进行等离子体电流体动力激励器优化设计的前提,基于PSpice软件对激励器进行了建模与仿真。采用PSpice中的数学宏模型建立了等离子体放电的模型,解决了等离子体电流体动力激励器仿真的关键问题。在此基础上,仿真了对称布局等离子体激励器的宏观电特性,仿真结果符合辉光放电的电压-电流幂律。为进一步仿真和优化激励器的参数打下了基础。