實驗名稱：電場驅(qū)動的液態(tài)金屬均勻液滴生成實驗

　　研究方向：流體力學、液態(tài)金屬、電場

　　實驗目的：液態(tài)金屬因其兼具流動性和導電性的獨特特性而在電子和材料科學領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的液態(tài)金屬液滴發(fā)生器通常依賴于壓電致動器來對射流施加機械擾動，從而控制液滴的形成。在本研究中，提出了一種新方法，通過向射流施加周期性靜電擾動，來生成均勻可控的液態(tài)金屬微滴流。通過調(diào)節(jié)噴嘴直徑、流量以及施加電壓的頻率，可以有效地調(diào)整液滴的大小和間距。此外，在不同條件下的實驗觀測結(jié)果與理論預測之間的對比表明，瑞利-普拉托不穩(wěn)定性理論能夠準確描述電場激發(fā)下的擾動生長和液滴形成過程。本研究為可控生成鎵基液態(tài)金屬液滴奠定了理論和實驗基礎(chǔ)。

　　測試設備：

　　1、液態(tài)金屬供給系統(tǒng)：注射泵、25mL玻璃注射器、管道、過濾器、陶瓷噴嘴

　　2、電場控制系統(tǒng)：函數(shù)發(fā)生器、高壓放大器（AigtekATA-7015、ATA-2161）、銅環(huán)電極、高壓探頭

　　3、真空系統(tǒng)：機械泵、分子泵、真空室

　　4、觀測與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：LED光源、高速相機、電腦、數(shù)據(jù)采集器

　　5、數(shù)據(jù)分析工具：基于POD的圖像處理系統(tǒng)、傅里葉變換分析工具

圖1電場驅(qū)動的液態(tài)金屬均勻液滴生成實驗示意圖

　　實驗過程：實驗選用鎵銦錫合金為液態(tài)金屬，組裝含供給、電場控制、真空及觀測系統(tǒng)的裝置并密封真空室，抽真空至≤8×10?3Pa后，通過注射泵使液態(tài)金屬經(jīng)噴嘴形成自然射流，再將函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號經(jīng)高壓放大器放大后施加到銅環(huán)電極，用高速相機拍攝射流破裂過程，最后對采集的圖像進行POD分析、傅里葉變換等處理。

　　實驗結(jié)果：無電場時液態(tài)金屬射流破裂無主導頻率，液滴尺寸不均；施加電場后，射流破裂出現(xiàn)與電場頻率一致的主導頻率，液滴均勻性提升，且液滴尺寸和間距隨電場頻率增加而減小，電壓振幅可擴展控制頻率范圍，實驗數(shù)據(jù)與Rayleigh-Plateau不穩(wěn)定性理論預測吻合良好，但電場控制頻率范圍有限，受自然噪聲擾動影響。

　　產(chǎn)品推薦：ATA-7015

　　圖：ATA-7015高壓放大器指標參數(shù)

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