“一旦开始下雨，并没有停止四个月。 在这段时间里，我们学会了各种降雨：直接降雨，倾斜降雨，水平降雨，甚至是自下而上的降雨”（Forrest Gump，1994年）。
当然，我们记得福雷斯特对他周围的世界有特殊的了解。 在谈到“从下而上”的降雨时，他的意思是雨滴从水库的表面弹起。 毕竟，水不能只是向上流动，对吗？ 首先，也许。 其次，向上不是水运动的唯一方向。 第三，方向是可以控制的。 滴一小滴水就能使您在芯片上创建实验室，并赋予这些或这些材料自洁性能。 以前，这些陈述只是一个理论，但最近它们已在实践中得到证实，今天我们将讨论这些陈述。 什么是芯片实验室？什么东西可以自我清洁？科学家如何驯服水滴？ 这些问题的答案隐藏在科学家的报告中。 走吧
学习基础
我们越来越多地听到“控制”这个词。 科学家正在设法控制几乎可以帮助实现特定研究成功结果的所有因素：控制旋转，控制分子，控制小鼠大脑的听觉皮层等。 在使用自清洁技术和数字微流控技术的情况下，需要控制其中使用的液滴。
目前，已经有许多用于处理墨滴的技术，但是所有这些技术都有相当严重的缺点：电极图案复杂，温度过高（
莱顿弗罗斯特 （
Leidenfrost）安装
* ），分子位移速度低，需要压电基板等。
莱顿弗罗斯特效应是当液体与非常热的物体（温度高于液体沸点）接触时形成绝缘蒸汽层以防止液体快速沸腾的现象。
但是，在我们今天正在研究的研究中，科学家们可以通过应用一种新的方法-
机械结合来克服上述所有缺点。 该技术允许液滴通过横向表面波沿水平和倾斜表面移动。 在这种情况下，液滴速度等于波速。 以下是有关观察结果的更多详细信息。
研究成果
为了演示不寻常的液滴路径，科学家开发了一种可产生常规且受控的横向表面波（
1a ）的设备。
图片编号1通过减小厚度为50μm的
PDMS *膜下的压力，可以在1a上清晰看到波浪状的表面结构。 因此，薄膜被压在具有横向突起的运动带上。
PDMS * -聚二甲基硅氧烷，（C 2 H 6 OSi） n 。
膜的波长由带上的突起之间的距离确定，并且波幅（3至5μm）由真空压力控制。 科学家发现，在波长为500μm的横向波中，体积为0.1 ... 5μl（微升）的单个液滴以0.57 mm / s的速度移动，该速度等于所使用的波速。
体积为1.3μl的液滴的运动（对应于图像1d - 1d ）。接下来，科学家结合实际实验和理论基础进行了CFD建模（计算流体动力学），以便更好地了解驱动力的性质，对其进行量化并自然地更好地控制整个系统。
使用具有垂直变形边界的CFD模型（OpenFOAM框架）对单个液滴进行了数值描述。
体积为1.4μl的液滴的CFD模型（对应于图像1e - 1g ）。比较第一和第二个视频，以及真实液滴的图片和模拟图像，我们看到结果是完美匹配的。 建模完全证实了实际观察。
科学家通过将观察结果与CFD模型中的内部液滴速度进行比较，分析了液滴内部的颗粒，从而检测到旋转运动。
图片编号2接下来，科学家通过改变表面（
2a ）的坡度使重力不超过液滴的驱动力，从而使液滴的工作复杂化。 图
2a示出了一系列实验的结果，其中每个测试液滴的体积对应于倾斜角的临界值。 观察到一定趋势：随着液滴体积的增加，临界倾斜角的值减小。 这很简单地解释了：重力的增加比液滴的驱动力快得多，液滴的驱动力通过三相接触线（液体-液体-空气）起作用。
还发现临界角的值不是线性地（均匀地）减小，而是急剧下降，在曲线图
2a上可见。
倾斜角度为13°的表面上的两滴不同体积的液滴（对应于图像2b和2c ）。由于较大液滴（3.1）的驱动力大于重力液滴的驱动力，因此液滴向上移动。 并且较小的液滴（2.7）的驱动力小于重力液滴的驱动力，因此液滴滚动下来。
应该注意的是，模型的输入数据对应于实际设置的参数和实际实验中使用的液滴。
接下来，科学家检查了速度和振幅如何影响临界倾斜角的值。 从
2d的图表可以看出，临界角随着波速的增加而减小。 还发现，在足够高的波速和较低的幅度范围内，驱动力变得不足以进行墨滴转移。 这是由于与液滴内部粘性耗散的增加相关的粘性阻力的增加。
耗散与液滴速度之间的相关性是由于以下事实：由于液滴运动（旋转）的性质，液滴传输速率的增加必然导致液滴内部的流速的增加。 另外，波幅的增加导致临界角的线性增加。
该研究的下一步是弄清临界倾角的振荡性质的原因，以及其与液滴运动过程中液滴和接触线的形状的可能联系。
图片编号3科学家决定考虑两种跌落选择：2.1，其临界角达到最大值（
3a和
3b处的上排）和2.7，其临界角达到最小值（
3d和
3c处的上排）。
液滴（
3a和
3c ）呈零角度时具有对称的形状。 当波开始移动时，设备倾斜，这导致液滴相对于凸脊的位置变形。 因此，液滴形状变得不对称（
3b和
3d ）。
改变液滴的形状会使系统失去平衡并激活
弹力* ，从而控制液滴的运动。
弹力* -在身体变形期间会产生弹力，该弹力趋于恢复其先前的形状（即恢复其原始状态）。
通过基于液滴形状变形时局部接触角的瞬时变化的理论模型进行弹性力的定量测定。 在模型介质中，液滴被描述为球形颗粒，并且当相同液滴的质心相对于初始（平衡）状态发生偏移时，液滴形状的变形幅度被固定。 鉴于此，科学家计算了接触线上表面张力不平衡（图3中的蓝色箭头）引起的每单位长度的力（张力）。
通过对沿三相线的应力进行积分获得总力，从而产生一个净力（图像3中的红色箭头）。
理论模型证实，在初始（平衡）状态下，三相线的张力是对称的。 并且在液滴形状的变形期间，它们的不对称性出现。 在这种情况下，将产生纯力（动态紧固），从而平衡相反的力（静态紧固，重力和粘性力）。 结果发现，在约65.5°的接触角处可以产生最大的力。
中间结果是，液滴可以轻松克服倾斜的表面，以0.57 mm / s的速度上升，同时克服了重力（
4a ）。
图片编号4一滴的垂直运动。天花板上的水滴的运动（对应于图像4b ）。在演示的“机械加湿”设备中，最大产生力为2μN（微牛顿）。 液滴可以覆盖的距离（在任何位置）仅受实验设备本身的尺寸限制。 工作表面的增加将增加液滴以相同速度行进的距离。
但是，许多人会问-要使这种美丽发挥作用，应该滴什么？ 研究人员也提出了这个问题，并测试了他们在不同液体（水，异丙醇和矿物油）上的方法。 实际测试表明，这三种选择之间并没有太大的区别，并且它们对于实施所研究的方法都是极好的选择。
演示了许多具有不同体积和相应大小（与图像4c相对应）的液滴的同时运动。研究人员指出，临界角的存在是该技术的重要方面，可让您对液滴进行分类。 通过将设备倾斜一定角度，您可以看到临界角低于阈值的液滴无法沿着波移动，而显示最大临界角较大的液滴将被传送。 因此，只有一定大小的水滴会随波一起移动，其余的水滴将从倾斜表面滑落。 当两个液滴合并时，将重复此排序过程，并将根据液滴的新大小对其进行排序。
那自清洁表面又如何呢？ 这是一个非常有用的属性，不是吗？ 因此，研究人员对液滴在装置周围移动进行了观察。 他们确定这些液滴能够清洁污染物表面。
接下来，科学家通过将大量碳酸钙（粒径小于50μm的CaCO
3 ）施加到PDMS膜的表面（覆盖设备）来创建受污染表面的模型。
打开行波装置，CaCO
3粒子在任何地方都不会消失，而是保留在表面上的位置，这与波的横向特性有关。 然后，将水滴和异丙醇滴到受污染的表面上。 水滴沿表面移动，从而将其清除污染。
用“运行中”的液滴清洁受污染的表面（对应于图像4d ）。但是，在此过程中会产生负面影响。 工作表面上存在CaCO3颗粒导致电阻增加，有效液滴速度降低至波速的20％。 但这并不能阻止液滴沿其路径清洁表面。
科学家们还完全理解，仅在实验装置的框架内，使用旅行者降落装置的狭窄刺激性时刻。 将来，他们计划使用敏感的表面形貌，这些形貌的特征是响应外部刺激（例如光，磁场和温度）而发生机械变形。
光敏性液晶聚合物和弹性体是研究人员特别感兴趣的。 所有这些都归功于其精确的时空控制，它可以在结构化或移动光源的帮助下，或者通过自遮蔽的恒定照明，在表面上进行波状运动。
为了更详尽地了解这项研究的细微差别，我建议您研究一下
科学家的
报告和
其他材料 。
结语
首先，我想指出的是，使用科学家开发的测试装置进行的实验还不是最终产品或技术。 该设置用于演示研究的动态液滴技术和自清洁功能。
将来，科学家计划使用其他技术，尤其是我们之前谈到的液晶聚合物和弹性体。 这项工作仅是确认机械水合技术具有一切权利，因为它比目标类似于该技术的其他技术具有优势。
可以应用这种科学思想奇迹的主要领域之一是微流体技术，即使用小型设备诊断液体。 而且，自清洁功能可以在创建自清洁医疗设备，海洋传感器，窗户，太阳能电池板甚至实施收集露水的技术中找到其应用。
无论该技术的未来是什么，其发展的事实都说明了人类智能的非凡本质。 我们的大脑能够产生有时会难以实施的最不寻常的，超越性的想法，但是这种实现的结果证实，对于我们来说，没有什么是不可能的。
谢谢大家的关注，保持好奇心，祝大家工作愉快！ :)
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