科学家借3D打印技术研究提高纳米级印刷的方法

      随着对纳米技术的兴趣和需求不断增长，纳米级印刷和喷涂的需求也将增加，而这需要在表面上沉积微滴液体。现在，来自北京清华大学的研究人员已经开发了一种新的理论，描述这样的纳米液滴在撞击表面时如何变形和破裂。

      该研究结果发表在出版物“物理流体”中，可以帮助研究人员提高纳米级印刷和涂层的质量。例如，当喷涂涂层时，液滴在撞击表面时越小和越快，涂层的质量越好，清华大学工程力学系教授陈敏（音译）说。然而，在某些冲击速度下，液滴将破裂并飞溅，破坏涂层。

     因此，为了改善打印和喷涂技术，我们需要更好地理解导致液滴在撞击表面时变形的条件，以及它们如何破裂。但是，因为对纳米液滴的实验是非常困难的，研究人员需要经常依靠计算机模拟。

      Chen和他的团队使用了一种称为分子动力学模拟的技术，其中它们模拟了构成一滴水的每个分子。约由12,000个分子组成的每个液滴的直径约为8.6纳米，并以每秒几百米的速度撞击表面。收集当计算机模拟水分子撞击平坦表面时发生的情况。

    “我们开发了一个分析模型来描述变形过程，另一个描述分解过程，”陈说。“变形模型改进了团队以前的工作，但是分裂模型是全新的。”分裂模型将理论与模拟的结果相结合，提供了一个公式，研究人员可以使用该公式来计算液滴何时破碎。据陈说，该模型已准备好在应用中使用。但有一个限制是，该模型仅被验证为对于纳米级的液滴工作，而不是对于更大的液滴工作。

    “原因是微滴分解的方式在宏观和纳米尺度上是不同的，”研究合作者李布璇（音译）说。该模型也仅适用于所谓的牛顿流体，如水。研究人员正在努力开发非牛顿流体的模型，如原油或玉米淀粉和水（有时称为Oobleck）的粘性混合物。例如，对于3D打印聚合物和生物材料（例如人类组织和器官）将需要非牛顿模型。

      该模型也适用于描述水滴如何与飞机碰撞并形成冰，这是一种安全隐患。悬浮在云中的这些水滴通常在20至50微米的范围内，大于模拟中的水滴。然而，陈说，他们的模型是有用的，因为没有多少人知道这些水滴如何撞击飞机。