液滴の衝突挙動を旋回運動に変換

Chinese Academy of SciencesとTsinghua Universityの研究グループが、衝突する液滴の力を旋回運動に変換できることを発表しました。

この研究成果は、Nature communicationsに発表されています。

この記事は下記論文の紹介記事です。

論文：

Li, Huizeng, et al. "Spontaneous droplets gyrating via asymmetric self-splitting on heterogeneous surfaces." Nature communications 10.1 (2019): 950.

https://www.nature.com/articles/s41467-019-08919-2

液滴が固体表面に衝突する挙動を制御することは、様々な分野で重要です。

固体表面への液滴衝突時の挙動は、マイクロ/ナノ構造と固体の化学的性質の両方に依存します。

これらを制御する試みは多数されていますが、液滴の変形および衝撃を与える液滴と固体との間の相互作用時間が非常に短いために、衝撃を与える挙動を入念に操作することは依然として困難です。

a、b:均一な疎水性と低接着性の表面に衝突する水滴の模式図と撮影画像、c:高粘着性パターンを持つ低粘着性基材に衝突する水滴の模式図、d:意図的に設計された接着パターン付き基板に影響を与えることにより、液滴の旋回の同期された斜視図と側面図を示すスナップショットを選択、ｅｄにおいてｔ＝５．６ｍｓ画像でマークされた追跡点の三次元軌跡。曲線内のドット間の時間間隔は0.33ミリ秒。上記のテストでは、液滴直径は2.1 mm、ウェーバー数は93。スケールバー：1 mm（Nature communications HPより）

このような課題に対し、同グループは液滴を接不均一な濡れ性のある表面に衝突させることで液滴の回転運動を生成し、その様子を報告しています。

力学モデリングに基づいた解析の結果、得られた液滴の角運動量は液の収縮中に蓄積する非対称付着力によって形成されることを明らかにしました。

適切な試験設計の下では、最大液滴回転速度は毎分７３００回転（ｒｐｍ）よりも大きくなり得るとのことです。

今回の研究成果は、液体の動きを微妙に制御し、固体を作動させるための有望な道を開くと期待されます。

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