这些材料在激光中被广泛应用,包括作为激光器中的活性介质[3-5]、作为量子信息技术的纯单光子和纠缠光子对源[6]、以及作为新型纳米存储器件的构建块。[7-9] 特别是 InAs/InP 量子点,由于其与 1.55 μ m 的低损耗电信 C 波段兼容,目前作为单光子发射器非常有吸引力。[10,11] 金属有机气相外延 (MOVPE) 中的液滴外延 (DE) 是一种新近且非常有前途的 QD 制造方法,因为它结合了大规模外延技术和多功能外延方法。[12-15] 这是一种相对较新的工艺,其生长动力学尚未完全了解,特别是对于与电信波长兼容的 III-V 材料系统,例如 InAs/InP。因此,它在制造用于广泛应用的电信 QD 方面具有巨大的发展潜力。此外,使用 InP 作为基质材料可以实现 InAs 量子发射体的生长,而无需任何额外的变质缓冲剂(例如 AlInAs/GaAs)。[16 – 18]
液滴撞击动力学一直是液滴研究的重点和热点,深入挖掘液滴撞击动力学机理有利于自上而下指导和优化材料设计。随着高速成像技术的发展和创新[13],液滴撞击的瞬态流动可以在微观时间尺度上被清晰地记录下来。单个液滴在不同表面的撞击得到了更广泛的研究。Richard等人认为液滴撞击光滑超疏水表面的接触时间与撞击速度无关,而与液滴半径的3/2次方成正比。[14]对于具有圆对称扩散和反冲的液滴撞击,存在一个接触时间的理论极限( / / 2.2 0 3 t R τ ρ σ = ≥ ∗,[15]其中,ρ是液体的密度,R 0是液滴半径,σ是其表面张力,t是固液接触时间)。为了突破这一极限,科学家通过设计和修改超疏水材料的表面结构,强化和精确控制单个液滴的反弹行为,如减少4倍接触时间的煎饼反弹[16]和7300 r min −1 的旋转反弹[17]。虽然这些研究已经被广泛应用于解决喷墨打印[18]、微流体[19]和喷雾[20]的问题,但较少受到关注的多液滴模型在自然界、日常生活和工程中更为常见和适用(例如,冻雨对电网的灾难性影响)。多液滴模型可分为连续液滴[21]、液滴列车[22]、同时液滴[23]和液滴喷雾[24]等。越接近真实情况,越复杂,研究难度越大。[25]作为该领域的先驱,Fujimoto等人[26]和Schwarzmann等人[27]在多液滴模型中[28]进行了系统研究。采用闪光照相法和数值模拟相结合的方法,研究了液滴直径和撞击速度对液滴撞击固体的影响。[26,27] Sanjay等人用撞击油滴从超疏水表面提起静止的油滴,观察到了随着韦伯数(ρσ=02WeDv,其中D0为液滴直径,v为撞击速度)和质心偏移而产生的六种结果,其中四种结果不是聚结而是反弹。[28] Damak等人实验研究了液滴连续撞击超疏水表面的最大膨胀直径和回缩速率,并建立了通用模型来描述它们。[29]由于多体问题的复杂性和相互作用,大多数学者主要使用数值模拟
使液滴破碎。一般来说,液滴的产生方法主要有两种:膜乳液法16 – 18 和微流体法。膜乳液法是将分散流体直接注入连续流体中,这样可以有效地产生大量液滴。然而,由于剪切应力只能由分散流体来调节,因此膜乳液法很难控制液滴尺寸并获得高效的包封率。对于微流体,微加工可用于制造微流体装置,通过控制沿微通道的分散相和连续相的液流速率,可以高效地批量生产微液滴,并且液滴尺寸精度高,封装效率高。在微流体中,液滴的生成基于两个剪切应力源,使液滴在微通道连接处破碎:一个来自连续流体,另一个来自分散流体的表面润湿性和微通道表面条件之间的差异。因此,微流体对于双乳液液滴生成比膜乳液更有效。微流体中用于产生液滴的微通道可分为 3 种类型:T 型连接微通道、流动聚焦微通道和共流微通道。T 型连接微通道 19 – 21 是最简单的微通道,其中连续相沿主微通道流动,分散相沿微通道流动。
液态金属液滴具有恒定的质量密度和恒定的表面张力 σ ,这使其形成一个半径为 R 的球体。(在做这道题时,你可以忽略重力。)将一根细导线插入液滴中,并连接到电流源,电流源会慢慢给液滴充电。电荷有一个临界值 Q 0 ,它会导致液滴一分为二。每一半都占据总电荷的一半 Q 0 / 2,以及原始液滴质量的一半。“被弹出的一半”被排斥在远处,而另一半仍与导线保持接触。
使用白云岩的液滴系统在此应用程序中证明了Picoliter音量液滴中的单元格封装。此后,通过孵育和监测细胞生长来评估包封的细胞的生存能力。预混合细胞悬浮液由水性细胞介质中的10%明胶(高粘性)组成。测试开始前不久,添加了一个交联。该溶液在液滴系统中用作液滴相,以大约10 Hz的形式创建大约200μm的直径(约5纳米体)液滴。Fluosurf是一种不混溶的氟有机碳氢化合物载体,含有生物兼容的表面活性剂可稳定乳液。固化时的明胶变成柔软的固体水凝胶,然后将颗粒重新悬浮在新鲜的细胞培养基中。细胞在此凝胶基质中继续生长。
由液态金属(LM)液滴组成的软,多功能复合材料的材料挤出(MEX)可以为从软机器人到可拉伸电子设备的一系列应用提供高度量身定制的性能。但是,了解LM墨水流变性和打印过程参数如何在MEX处理过程中重新配置LM液滴形状,以实现对属性和功能的原位控制。在此,确定这些复合材料的MEX期间哪个控制LM微结构,确定了哪些控制LM微结构。评估这些参数的相互作用和相互依赖性,并通过系统地调整每个单独的参数,将几乎球形的LM液滴转化为高度伸长的椭圆形形状,平均纵横比为12.4。的材料和过程关系是为LM墨水建立的,该墨水表明,在MEX期间,应实现从球形到椭圆形形状的LM微结构编程的墨水粘度阈值。此外,发现LM液滴上的薄氧化物层在液滴形状的重新配置和保留中起着独特而关键的作用。最后,提出了基于材料和过程参数的两个定量设计图,以指导MEX添加剂制造策略,用于调整LM-Polymer Inks中的液滴体系结构。这项研究所获得的见解实现了材料和制造的知情设计,以控制新兴的多功能软复合材料的微观结构。
图 2 . a) 新鲜状态下 S-1 SAM 的 AFM 形貌图像。b) 对 SAM S-1 施加 0.6 V 电化学电位 1 分钟后获得的 SAM S-2 的 AFM 形貌图像。c) 对 SAM S-1 施加 +1.5 V 电化学电位 10 分钟后获得的 SAM S-2 的 AFM 形貌图像。d) 新鲜制备的 SAM S-1 上水滴的静态图像。e) 对 SAM S-1 施加 +0.6 V 电化学电位 1 分钟后获得的 SAM S-2 上水滴的静态图像。f) 对 SAM S-1 施加 +1.5 V 电化学电位 10 分钟后获得的 SAM S-2 上水滴的静态图像。 S-1 SAM 的 XPS 高分辨率 Si 2p 光谱(g)新鲜制备、(h)在 +0.6 V 下氧化,和(i)在 + 1.5 V 下氧化。