De studie van vloeistofdruppels en hun gedrag bij botsing is van groot belang op veel gebieden, waaronder landbouw, techniek en geneeskunde. Voorspelling van druppelgedrag wordt gebruikt in spuitverf en pesticidensprays, inkjettechnologie voor afdrukken en het genereren van aerosolen tijdens regenval. Een dieper begrip van dit fenomeen is daarom noodzakelijk, niet alleen voor het vergroten van onze kennis van vloeistoffysica, maar ook van technologie.

In dit opzicht is een bijzonder intrigerend fenomeen het spatten van druppels bij het raken van vaste oppervlakken. Verschillende onderzoeken naar het gedrag van vloeibare film hebben geholpen licht te werpen op het opspatten van druppels. Er is echter geen consensus bereikt over wanneer een druppel kan worden verwacht te spatten. Bovendien is het bevochtigingsgedrag, of het gemak waarmee een vloeistof hecht aan gladde en ruwe vaste oppervlakken, even belangrijk om te begrijpen.

Tegen de achtergrond voerde een groep wetenschappers uit Japan en China onlangs een onderzoek uit om dit probleem aan te pakken. Het onderzoeksteam, geleid door universitair hoofddocent Yukihiro Yonemoto van de Kumamoto University, Japan, in samenwerking met professor Tomoaki Kunugi van de Zhejiang University, China, heeft een nieuw model voorgesteld dat kan voorspellen wanneer een druppel zal spatten nadat deze op een vast oppervlak is geraakt. Hun onderzoek is gepubliceerd in Scientific Reports en Colloid and Interface Science Communications .

Wanneer een druppel op een vast oppervlak botst, verschijnt er een onstabiele vloeistoffilm onder de ingeslagen druppel. Om deze instabiliteit te verklaren, heeft het team de energiebalansvergelijking aangepast die het spreidingscontactgebied voorspelt voor gladde en ruwe oppervlakken.

Om het theoretische model voor het voorspellen van de spatconditie te ontwikkelen, heeft het team rekening gehouden met de drukbalans van de vloeistoffilm. De analytische resultaten verkregen door het combineren van de gewijzigde energiebalansvergelijking en de drukbalansvergelijking waren in goede overeenstemming met het kritische Weber-getal (een dimensieloze grootheid die de vloeistofstroom op oppervlakken kenmerkt) voor spatten, experimenteel verkregen voor vloeistofdruppels van een water-ethanolmengsel.

De resultaten toonden aan dat de spatconditie niet alleen afhing van de viscositeit van de vloeistof, maar ook van de bevochtigbaarheid en ruwheid van het vaste oppervlak. Bovendien werd het spatcriterium bepaald door een competitie tussen hydrostatische en hydrodynamische drukken, die de drijvende krachten waren, en capillaire druk en viskeuze spanning, die de tegengestelde krachten waren. Spatten vond plaats toen de drijvende krachten wonnen.

Naast het voorspellen van de spatomstandigheden, voorspelde het spatmodel ook de grootte van de verspreide secundaire druppeltjes en het aantal vingerachtige vloeistofstructuren dat verscheen zodra de vloeibare film destabiliseerde. Het model gaf aan dat de dikte van de vloeistoffilm, die ontstond na het botsen van de druppel, verband hield met de grootte van de secundaire druppeltjes. Verder waren de grootte van deze secundaire druppeltjes en het aantal vingers onderling gerelateerd. Ze werden ook beïnvloed door de bevochtigbaarheid / oppervlakteruwheid van het vaste oppervlak naast de vloeistofeigenschappen.

"Onze resultaten kunnen de weg vrijmaken voor een beter begrip van de fundamentele fysica van rand- of vloeistoffilmfragmentatie en voor toepassingen op belangrijke technische gebieden met betrekking tot printen, coaten en spuiten", zegt Dr. Yonemoto. + Verder verkennen

Een plons maken is alles in de hoek