بفضل يندي تشانغ، اللاعب Luuk لوبرز، مارك دريسكول مسكين وميشيل لكثير من المناقشات المفيدة وQiti قوه للمساعدة في إعداد العينات التجريبية. وأيد هذا العمل من قبل برنامج المؤسسة الوطنية للعلوم في MRSEC تحت المنحة رقم DMR-0820054.

1. الإعداد التصوير السريع (انظر الشكل 1) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تبدأ من خلال إنشاء عمودي على طول المسار الذي حاوية مليئة السائل لدراستها يمكن نقل بحرية لضبط سرعة التأثير. السائل يترك الجزء السفلي من الحاويات من خلال فوهة ثم يدخل السقوط الحر. لهذا العمل وقد تباينت ذروة السقوط 1-200 سم لإعطاء تأثير السرعة V = 0 (0،4-6،3) ± 0.15 متر / ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بناء وتركيب إطار لعقد الطائرة أثر أفقي، عادة ما يكون لوحة من الزجاج، والتي بموجبها يتم وضع مرآة عاكسة يميل لتصور أثر هبوط من أسفل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع لوحة زجاجية نظيفة وناعمة على حامل. تأكد من أن يتم تسوية وحة أفقيا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شن ضخ حقنة على المسار الرأسي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للتأثير المعدن السائل، وضع الناشر ورق شفاف وراء فوهة جانبية لعرض التصوير. في نفس الوقت، ونعلق ورقة بيضاء غير شفافة فوق ضخ حقنة لتوليدانعكاس لأسفل عرض (انظر الشكل 1). ثم، حدد موقع مصدر الضوء وراء فوهة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للتأثير تعليق الكثيفة، وليس هناك حاجة الناشر. بدلا من ذلك، مجرد مكان مصدر الضوء في مقدمة الطائرة التصوير. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد عدسة الماكرو مع البعد البؤري المناسب لالتكبير المطلوب ومسافة العمل البصرية. بعد ذلك، ربط العدسة إلى الكاميرا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تركيب كاميرا على حامل ثلاثي القوائم وضبط ارتفاع الكاميرا وفقا لمنظور التصوير (الجانب أو أسفل). </li></ol> 2. تحضير العينة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد أكسدة المعدن السائل <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> متجر الغاليوم، الإنديوم سهل الانصهار (eGaIn) في حاوية مغلقة. منذ درجة حرارة انصهاره حوالي 15 درجة مئوية، eGaIn يبقى في حالة سائلة في درجة حرارة الغرفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام ماصة لاستخراج 3 مل eGaIn من الحاوية وقذف وضعها على لوحة الأكريليك. انتظر 30 دقيقة للعينة أن تتأكسد تماما في الهواء. باعتبارها consequeالامتحانات التنافسية الوطنية، طبقة رقيقة من الجلد المتجعد تتأكسد يغطي كامل سطح العينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام حمض الهيدروكلوريك (حمض الهيدروكلوريك؛ &quot;تنبيه&quot;) من تركيزات مختلفة لprewash العينة eGaIn وللسيطرة على أكسدة السطح. على وجه التحديد، القص العينة، أثناء وجوده في الحمام حامض، في 60 ثانية -1 معدل القص مع مقياس غلفاني. بعد 10 دقيقة من القص، ومستوى أكسدة السطح في العينة تصل إلى التوازن، التي وضعتها تركيز حمض الهيدروكلوريك 15،18. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد هذا prewash، استخدم حقنة بلاستيكية مع طرف فوهة الصلب لاستخراج eGaIn من الحمام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جبل المحقنة إلى ضخ حقنة وتكون جاهزة للتجربة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد معلقات كثيفة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تقطع نهاية حقنة التجارية (4.5 ملم أو 2.3 ملم في دائرة نصف قطرها) واستخدامه بمثابة أنبوب أسطواني للاستغناء عن تعليق الكثيفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> سحب المكبس وملء المحاقن مع المياه على طول الطريق إلى نهاية مفتوحة، مما يجعل لياليلدى عودتهم ليس هناك فقاعة الهواء مجرور. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع كروية ZrO 2 أو الخرز الزجاجي في حقنة. مع الترسيب من الجسيمات، وسوف تمتد إلى المياه من الفوهة. ملء المحاقن مع الجسيمات على طول الطريق إلى نهاية مفتوحة. سوف تعليق مربى تحت الجاذبية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام شفرة حلاقة لإزالة جزيئات اضافية المبللة من أعلى للحفاظ على هذه الغاية مسطحة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الوجه خلال فوهة وتركيبها على ضخ حقنة. والتوتر السطحي منع الجزيئات من السقوط على الأرض 16. </li></ol></li></ol> 3. معايرة قبل جمع أشرطة الفيديو، والمعلمات من جهاز التصوير يجب أن يتم تعيين المحاذاة والإضاءة لابد من الانتهاء. أيضا، يحتاج القرار المكانية التي يمكن معايرتها. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء ضخ حقنة بسرعة 20 مل / ساعة على طرد السائل (المعدن السائل أو تعليق) من فوهة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> انتظر السائل لفصل من الحقنة، وشكل انخفاض وسقوطو لإحداث تأثير الاختبار على الركيزة الزجاج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط موضع الكاميرا، بما في ذلك موقفها التوجه الرأسي والتصوير، للعثور على تنبيه في شاشة الكمبيوتر الذي يتصل الكاميرا. تعديل المسافة العمل لترتيب الصورة لتكون في المستوى البؤري عندما يتم إصلاح نسبة تكاثر العدسة في 1:1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تختلف حجم الفتحة، وقت التعرض وزاوية الإضاءة للحصول على أفضل جودة الصورة عند معدل الإطار عالية بما فيه الكفاية (&gt; 6،000 إطارا في الثانية). الشكل 2 (أ) تبين الصور النمطية التي اتخذتها الكاميرا لكلا السائل eGaIn وتعليق كثيفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع مسطرة في مجال الرؤية (انظر الشكل 2 (ب)) وحساب القرار المكانية عن طريق عد كم من بكسل تناسب عبر 1 سم. تأكد من وجود أي اختلاف في القرار بين الاتجاهين الأفقي والرأسي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اتباع 3 خطوات عملية لقياس جزء من التعبئة الكثيفة قطرة التعليق: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس كتلة والأنف والحنجرةغضب الحق تنبيه بعد الأثر (على سبيل المثال عن طريق السماح سقوط قطرة في كوب القياس التي يمكن أن يكون وزنه بدقة). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ثم، تتبخر كل مذيب مع سخان وتزن تنبيه مرة أخرى للحصول على كتلة الجسيمات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب حجم الجسيمات وسائل للحصول على جزء التعبئة والتغليف. عادة، يجب أن يكون هذا جزء حجم حوالي 60٪. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وفقا لاتجاه الملاحظة (أسفل أو الجانب)، ضع الكاميرا بشكل مناسب. على وجه الخصوص، وضع الكاميرا بجانب الركيزة لعرض الجانب أو على نفس المستوى من المرآة العاكسة للتصوير أسفل. </li></ol> 4. تسجيل الفيديو والحصول على البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد المعايرة والتصوير، وإعادة ضخ حقنة. في نفس الوقت، فتح كاميرا مراقبة برامج لمراقبة عملية التأثير. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين الإطار أرقام اثار آخر في ما يقرب من نصف طول الفيديو. مشاهدة بعناية عندما يبدأ الانخفاض لتشكيل ويدويا علم حساب المثلثاتGER الكاميرا في لحظة عندما يفصل قطرة من فوهة. إجراء بعض الاختبارات الممارسة قبل تسجيل البيانات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد تسجيل البيانات، وتقليم أسفل الفيديو إلى الجزء الذي يحتوي على الآثار وحفظ أشرطة الفيديو وتسلسلات الصور للتحليل. </li></ol> 5. الصورة بعد المعالجة والتحليل <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام أسلوب الكشف الحدود لتحديد موقع الجبهة تتحرك من السائل eGaIn كما ينتشر، والذي يتوافق مع انتقال حاد في متوسط ​​قيمة بكسل (أنظر الشكلين 3 (أ ب)). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> من الصور سواء القاع، والجانب، وتحديد بداية الرش التعليق الكثيفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أداء الخوارزميات الجسيمات تتبع للحصول على آثار من الجزيئات الفردية التي هربت من تنبيه (انظر الشكل 3 (ج)). ثم، وحساب سرعة إخراج من هذه المسارات (الشكل 3 (د)). </li></ol>

<ol>
	<li>Chiechi, R. C., Weiss, E. A., Dickey, M. D., Whitsides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eutectic+Gallium-Indium+(EGaIn):+A+moldable+Liquid+Metal+for+Electrical+Characterization+of+Self-Assembled+Monolayers.">Eutectic Gallium-Indium (EGaIn): A moldable Liquid Metal for Electrical Characterization of Self-Assembled Monolayers.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 47, 142 (2008).</li><li>Fukumoto, M., Huang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flattening+Mechanism+in+Thermal+Sprayed+Ni+Particles+Impinging+on+Flat+Substrate+Surface.">Flattening Mechanism in Thermal Sprayed Ni Particles Impinging on Flat Substrate Surface.</a> J. Thermal Spray Tech. 8, (1999).</li><li>Seerden, K. A., Reis, N., Evans, J. R., Grant, P. S., Halloran, J. W., Derby, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ink-Jet+Printing+of+Wax-Based+Alumina+Suspensions.">Ink-Jet Printing of Wax-Based Alumina Suspensions.</a> J. Am. Ceram. Soc. 84, 2514 (2004).</li><li>Derby, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+printing+ceramics:+From+drops+to+solid.">Inkjet printing ceramics: From drops to solid.</a> J. Eur. Ceram. Soc. 31, 2543 (2011).</li><li>Xu, L., Zhang, W. W., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+Splashing+on+a+Dry+Smooth+Surface.">Drop Splashing on a Dry Smooth Surface.</a> Phys. Rev. Lett. 94, (2005).</li><li>Clanet, C., Beguin, C., Richard, D., Quere, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maximal+deformation+of+an+impacting+drop.">Maximal deformation of an impacting drop.</a> J. Fluid. Mech. 517, 199 (2004).</li><li>Yarin, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+Impact+Dynamics:+Splashing+Spreading,+Receding,+Bouncing.">Drop Impact Dynamics: Splashing Spreading, Receding, Bouncing.</a> Annu. Rev. Fluid Mech. 38, 159 (2006).</li><li>Chandra, S., Avedisian, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+collision+of+a+droplet+with+a+solid+surface.">On the collision of a droplet with a solid surface.</a> Proc. R. Soc. Lond. A. 432, 13-41 (1991).</li><li>Versluis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+imaging+in+fluids.">High-speed imaging in fluids.</a> Exp. Fluids. 54, 1458 (2013).</li><li>Thoraval, M. -. J., Takehara, K., Etoh, T. G., Thoroddsen, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+impact+entrapment+of+bubble+rings.">Drop impact entrapment of bubble rings.</a> J. Fluid Mech. 724, 234-258 (2013).</li><li>Thoroddsen, S. T., Takehara, K., Etoh, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-splashing+by+drop+impacts.">Micro-splashing by drop impacts.</a> J. Fluid Mech. 706, 560-570 (2012).</li><li>Thoroddsen, S. T., Etoh, T. G., Takehara, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+imaging+of+drops+and+bubble.">High-speed imaging of drops and bubble.</a> Ann. Rev. Fluid Mech. 40, 257-285 (2008).</li><li>Driscoll, M., Stevens, C. S., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thin+film+formation+during+splashing+of+viscous+liquids.">Thin film formation during splashing of viscous liquids.</a> Phys. Rev. E. 82, (2010).</li><li>Pregent, S., Adams, S., Butler, M. F., Waigh, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+and+deformation+of+a+viscoelastic+drop+at+the+air-liquid+interface.">The impact and deformation of a viscoelastic drop at the air-liquid interface.</a> J. Non-Newtonian Fluid Mech. 166, 831 (2011).</li><li>Xu, Q., Brown, E., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+dynamics+of+oxidized+liquid+metal+drops.">Impact dynamics of oxidized liquid metal drops.</a> Phys. Rev. E. 87, (2013).</li><li>Peters, I. R., Xu, Q., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Splashing+onset+in+dense+suspension+droplets.">Splashing onset in dense suspension droplets.</a> Phys. Rev. Lett. 111, (2013).</li><li>Luu, L., Forterre, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+impact+of+yield-stress+fluids.">Drop impact of yield-stress fluids.</a> J. Fluid Mech. 632, 301 (2009).</li><li>Xu, Q., Oudalov, N., Guo, Q., Jaeger, H., Brown, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+oxidation+on+the+mechanical+properties+of+liquid+gallium+and+eutectic+gallium-indium.">Effect of oxidation on the mechanical properties of liquid gallium and eutectic gallium-indium.</a> Phys. Fluids. 24, (2012).</li><li>Turitsyn, K. S., Lai, L., Zhang, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asymmetric+Disconnection+of+an+Underwater+Air+Bubble:+Persistent+Neck+Vibrations+Evolve+into+a+smooth+Contact.">Asymmetric Disconnection of an Underwater Air Bubble: Persistent Neck Vibrations Evolve into a smooth Contact.</a> Phys. Rev. Lett. 103, (2009).</li><li>Miskin, M. Z., Jaeger, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Droplet+Formation+and+Scaling+in+Dense+Suspensions.">Droplet Formation and Scaling in Dense Suspensions.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 4389-4394 (2012).</li><li>Royer, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Birth+and+growth+of+a+granular+jet.">Birth and growth of a granular jet.</a> Phys. Rev. E. 78, (2008).</li><li>Paulsen, J. D., Burton, J. C., Nagel, S. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Viscous+to+Inertial+Crossover+in+Liquid+Drop+Coalescence.">Viscous to Inertial Crossover in Liquid Drop Coalescence.</a> Phys. Rev. Lett. 106, (2011).</li></ol>

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

عدة خطوات حاسمة لتنفيذ السليم للتصوير بسرعة. الأولى، وكاميرا وعدسة يجب أن يتم تعيين بشكل مناسب حتى ومعايرة. على وجه الخصوص، من أجل الحصول على قرار مكانية عالية، يجب أن تبقى نسبة التكاثر للعدسة مقربة من 1:1. هذا هو المهم وخاصة بالنسبة للتصور تعليق الكثيفة. أيضا، يحتاج ح?...

إسقاط أثر على سطح صلب هو عملية أساسية في العديد من التطبيقات التي تنطوي على افتراء الالكترونية 1، 2 رذاذ الطلاء، والمضافات التصنيع باستخدام الطباعة النافثة للحبر 3،4، حيث مراقبة دقيقة من هبوط نشر والرش هو المطلوب. ومع ذلك، الملاحظة المباشرة للتأثير انخفاض يمثل تحديا تقنيا لسببين. الأول، هو عملية ديناميكية معقدة الذي يحدث داخل فترة زمنية قصيرة جدا (~ 100 μsec) ليتم تصويرها بسهولة عن طريق نظم التصوير التقليدية، مثل المجاهر البصرية وكاميرات DSLR. فلاش التصوير يمكن من الصورة بالطبع أسرع بكثير، ولكن لا تسمح لتسجيل مستمر، كما هو مطلوب لتحليل مفصل للتطور مع مرور الوقت. الثانية، ومقياس طول الناجمة عن عدم الاستقرار أثر يمكن أن تكون صغيرة مثل 10 ميكرون 5. وبالتالي، لدراسة كميا عملية تأثير النظام الذي يجمع بين التصوير فائق السرعة جنبا إلى جنب مع قرار مكانية عالية معقول في كثير من الأحيانالمطلوب. في غياب مثل هذا النظام، والعمل في وقت مبكر تأثير قطرات تركز معظمها على تشويه هندسية العالمية بعد التأثير 6-8، ولكن لم يتمكن من جمع معلومات حول وقت مبكر، والعمليات المرتبطة nonequilibrium الأثر، مثل بداية الرش. دفعت التطورات الحديثة في CMOS عالي السرعة بالفيديو من السوائل 9،12 معدل الإطار ما يصل إلى مليون إطار في الثانية ومرات التعرض الأسفل μsec 1. وعلاوة على ذلك، يمكن للتقنيات التصوير CCD وضعت حديثا دفع معدل الإطار أعلاه من مليون في الثانية 9-12. ، ويمكن زيادة القرار المكانية من ناحية أخرى لأمر 1 ميكرون / بكسل باستخدام العدسات المكبرة 12. نتيجة لذلك، فقد أصبح من الممكن لاستكشاف بتفصيل لم يسبق له مثيل تأثير مجموعة واسعة من المعلمات المادية على مراحل مختلفة من تأثير انخفاض ومقارنة منهجية التجربة والنظرية 5،13-16. على سبيل المثال، كان الانتقال تناثر السوائل النيوتونية في فوالثانية تحددها ضغط الغلاف الجوي 5، في حين تقرر الريولوجيا الجوهرية ديناميات انتشار السوائل الغلة الإجهاد 17. هنا يتم إدخال تقنية التصوير السريع بسيطة لكنها قوية والتطبيقية لدراسة ديناميات تأثير نوعين من السوائل غير النيوتونية: المعادن السائلة والمعلقات المزدحمة بالسكان. مع التعرض للهواء، وذلك أساسا عن المعادن السائلة (باستثناء الزئبق) سوف تتطور بشكل عفوي على الجلد أكسيد على سطحها. ميكانيكيا، تم العثور على الجلد لتغيير التوتر السطحي فعالية وقدرة ترطيب المعادن 18. في ورقة سابقة 15، ودرس العديد من المؤلفين عملية نشر كميا وكانت قادرة على شرح كيفية تأثير الجلد يؤثر على ديناميكية التأثير، خصوصا التحجيم من أقصى نصف قطر الانتشار مع معلمات التأثير. منذ المعدن السائل يحتوي على نسبة عالية انعكاسية السطح، مطلوب التعديل حذرا من الإضاءة في التصوير. تعليق علىإعادة تتألف من جزيئات صغيرة في السائل. حتى بالنسبة للسوائل نيوتن بسيطة، إضافة نتائج الجزيئات في السلوك غير النيوتونية، الذي يصبح وضوحا خاصة في تعليق كثيفة، أي في جزء ارتفاع حجم الجسيمات العالقة. بشكل خاص، وقد درس بداية تناثر قطرات التعليق عندما يضرب على نحو سلس، سطح صلب في الأعمال السابقة 16. كل من الجسيمات السائل والتفاعلات بين الجسيمات يمكن تغيير سلوك الرش كثيرا عن ما يمكن توقعه من السوائل بسيطة. لتعقب جزيئات صغيرة مثل 80 ميكرون في هذه التجارب هناك حاجة لقرار مكانية عالية. مزيج من مختلف المتطلبات التقنية مثل القرار الزماني والمكاني عالية، بالإضافة إلى القدرة على رصد الآثار سواء من الجانب ومن أدناه، يمكن أن يكون راضيا كل ذلك مع الإعداد التصوير الموصوفة هنا. باتباع بروتوكول قياسي، هو موضح أدناه، ويمكن أن يكون تأثير ديناميات التحرياتtigated بطريقة تخضع للمراقبة، كما هو موضح صراحة لنشر والرش السلوك.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:604px;" width="605">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:103px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gallium-Indium Eutectic</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>495425-25G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Hydrochloric Acid&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>320331-2.5L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Zirconium oxide</td>
			<td>Glen Mills Inc.</td>
			<td>7200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Phantom V12 &#38; V7 Fast Ccamera</td>
			<td>Vision Research</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">105mm Micro-Nikon</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">12V/200W light Source</td>
			<td>Dedolight</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Syringe Pump</td>
			<td>RAZEL</td>
			<td>MODEL R9-9E</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fast imaging technique to study drop impact dynamics of non-newtonian fluids

في مجال ميكانيكا السوائل، والعديد من العمليات الديناميكية تحدث ليس فقط على مدى فترة زمنية قصيرة جدا ولكن أيضا تتطلب قرار مكانية عالية للمراقبة مفصلة، ​​والسيناريوهات التي تجعل من التحدي لمراقبة مع أنظمة التصوير التقليدية. واحد من هذه هو تأثير انخفاض السوائل، والذي يحدث عادة في غضون عشر من ميلي ثانية واحدة. لمعالجة هذا التحدي، هو عرض تقنية التصوير السريع الذي يجمع بين كاميرا عالية السرعة (قادرة على ما يصل إلى مليون لقطة في الثانية) مع عدسة الماكرو مع مسافة عمل طويلة لجلب القرار المكانية من الصورة وصولا الى 10 ميكرون / بكسل. تقنية التصوير تمكن قياس دقيق لكميات السوائل الحيوية ذات الصلة، مثل مجال تدفق، والمسافة وسرعة انتشار الرش، من تحليل الفيديو المسجل. للتدليل على قدرات هذا النظام التصور، وديناميات التأثير عندما قطرات من السوائل غير النيوتونية تؤثر على سطح صلب مسطح هي شخصيتrized بين. تعتبر حالتين: للأكسدة قطرات المعدن السائل ونحن نركز على سلوك الانتشار، وللتعليق المكتظ نحدد بداية الرش. أكثر عموما، فإن الجمع بين التصوير القرار الزمانية والمكانية عالية أدخلت هنا يوفر مزايا لدراسة ديناميكية سريعة عبر مجموعة واسعة من الظواهر الميكروسكيل.

تقنية التصوير السريع يمكن استخدامها لقياس انتشار وتأثير الرش لسيناريوهات مختلفة. الشكل 4 (أ)، على سبيل المثال، يظهر تسلسل الصور النمطية عن أثر السائل eGaIn مع مختلف قوة الجلد أكسيد. بطرد eGaIn من نفس فوهة والوقوع في نفس الارتفاع، مع قطرات استنساخه تأثير سرعة V 0<...

Watch this Scientific Journal Video about Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids at JoVE.com

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

تأثير انخفاض السوائل غير النيوتونية هي عملية معقدة منذ المعلمات المادية المختلفة تؤثر على ديناميات على مدى فترة زمنية قصيرة جدا (أقل من عشر من ميلي ثانية واحدة). يتم إدخال تقنية التصوير السريع من أجل توصيف سلوكيات تأثير مختلف السوائل غير النيوتونية.

سريع التصوير وتقنيات لدراسة تأثير انخفاض ديناميات السوائل غير النيوتونية

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

fast-imaging-technique-to-study-drop-impact-dynamics-non-newtonian

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Civil Engineering

Unit 1

Flow over Immersed Bodies

Fluid Mechanics

SCIENTISTS IN ACTION

12.2K Views.  The University of Chicago.  تأثير انخفاض السوائل غير النيوتونية هي عملية معقدة منذ المعلمات المادية المختلفة تؤثر على ديناميات على مدى فترة زمنية قصيرة جدا (أقل من عشر من ميلي ثانية واحدة). يتم إدخال تقنية التصوير السريع من أجل توصيف سلوكيات تأثير مختلف السوائل غير ا?...

Video: Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic (VES) fluids. The measurements are made for particles settling in unbounded fluids&#160;and fluids between parallel walls. VES fluids over a wide range of rheological properties are prepared and rheologically characterized. The rheological characterization involves steady shear-viscosity and dynamic oscillatory-shear measurements to quantify the viscous and elastic properties respectively. The settling velocities under unbounded conditions are measured in beakers having diameters at least 25x the diameter of particles. For measuring settling velocities between parallel walls, two experimental cells with different wall spacing are constructed. Spherical particles of varying sizes are gently dropped in the fluids and allowed to settle. The process is recorded with a high resolution video camera and the trajectory of the particle is recorded using image analysis software. Terminal settling velocities are calculated from the data.
The impact of elasticity on settling velocity in unbounded fluids is quantified by comparing the experimental settling velocity to the settling velocity calculated by the inelastic drag predictions of Renaud et al.1&#160;Results show that elasticity of fluids can increase or decrease the settling velocity. The magnitude of reduction/increase is a function of the rheological properties of the fluids and properties of particles. Confining walls are observed to cause a retardation effect on settling and the retardation is measured in terms of wall factors.

This paper demonstrates the experimental procedure to measure terminal settling velocities of spherical particles in surfactant-based shear thinning viscoelastic fluids. Fluids over a wide range of rheological properties are prepared and settling velocities are measured for a range of particle sizes in unbounded fluids and fluids between parallel walls.

القياس التجريبي لسرعة تسوية الجسيمات الكروية في السوائل اللزوجة غير المحصورة والمقيدة بالتخلص من السطحي

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic ...

Time Multiplexing Super Resolving Technique for Imaging from a Moving Platform

We propose a method for increasing the resolution of an object and overcoming the diffraction limit of an optical system installed on top of a moving imaging system, such as an airborne platform or satellite. The resolution improvement is obtained in a two-step process. First, three low resolution differently defocused images are being captured and the optical phase is retrieved using an improved iterative Gerchberg-Saxton based algorithm. The phase retrieval allows to numerically back propagate the field to the aperture plane. Second, the imaging system is shifted and the first step is repeated. The obtained optical fields at the aperture plane are combined and a synthetically increased lens aperture is generated along the direction of movement, yielding higher imaging resolution. The method resembles a well-known approach from the microwave regime called the Synthetic Aperture Radar (SAR) in which the antenna size is synthetically increased along the platform propagation direction. The proposed method is demonstrated through laboratory experiment.

A method for overcoming the optical diffraction limit is presented. The method includes a two-step process: optical phase retrieval using iterative Gerchberg-Saxton algorithm, and imaging system shifting followed by repetition of the first step. A synthetically increased lens aperture is generated along the direction of movement, yielding higher imaging resolution.

الوقت المتعدد سوبر حل وتقنيات التصوير من منصة تتحرك

We propose a method for increasing the resolution of an object and overcoming the diffraction limit of an optical system installed on top of a moving ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

تصنيع تجاويف نانوية موحدة عبر الترابط رقاقة السيليكون المباشر

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Laboratory Drop Towers for the Experimental Simulation of Dust-aggregate Collisions in the Early Solar System

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust aggregates with sizes up to ~10 cm and porosities up to 70% can be collided. One of the drop towers is primarily used for very low impact speeds down to below 0.01 m/sec and makes use of a double release mechanism. Collisions are recorded in stereo-view by two high-speed cameras, which fall along the glass vacuum tube in the center-of-mass frame of the two dust aggregates. The other free-fall tower makes use of an electromagnetic accelerator that is capable of gently accelerating dust aggregates to up to 5 m/sec. In combination with the release of another dust aggregate to free fall, collision speeds up to ~10 m/sec can be achieved. Here, two fixed high-speed cameras record the collision events. In both drop towers, the dust aggregates are in free fall during the collision so that they are weightless and match the conditions in the early Solar System.

We present a technique to achieve low-velocity to intermediate-velocity collisions between fragile dust aggregates in the laboratory. For this purpose, two vacuum drop-tower setups have been developed that allow collision velocities between &#60;0.01 and ~10 m/sec. The collision events are recorded by high-speed imaging.

مختبر أبراج إسقاط لمحاكاة التجريبية من التصادم الغبار والركام في النظام الشمسي المبكر

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust ...

The Preparation of Electrohydrodynamic Bridges from Polar Dielectric Liquids

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and polar dielectric liquids. These bridges are unique from capillary bridges in that they exhibit extensibility beyond a few millimeters, have complex bi-directional mass transfer patterns, and emit non-Planck infrared radiation. A number of common solvents can form such bridges as well as low conductivity solutions and colloidal suspensions. The macroscopic behavior is governed by electrohydrodynamics and provides a means of studying fluid flow phenomena without the presence of rigid walls. Prior to the onset of a liquid bridge several important phenomena can be observed including advancing meniscus height (electrowetting), bulk fluid circulation (the Sumoto effect), and the ejection of charged droplets (electrospray). The interaction between surface, polarization, and displacement forces can be directly examined by varying applied voltage and bridge length. The electric field, assisted by gravity, stabilizes the liquid bridge against Rayleigh-Plateau instabilities. Construction of basic apparatus for both vertical and horizontal orientation along with operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

Horizontal and vertical electrohydrodynamic liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields and polar dielectric liquids. The construction of basic apparatus and operational examples, including thermographic images, for three liquids (e.g., water, DMSO, and glycerol) is presented.

لإعداد Electrohydrodynamic جسور من السوائل القطبية عازل

Horizontal and vertical liquid bridges are simple and powerful tools for exploring the interaction of high intensity electric fields (8-20 kV/cm) and ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

الانبعاثات الطيفية الحدود التحقيق طبقة خلال صيغة الجر اختبار المواد في Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

ديناميكية المسام على نطاق وخزان شرط التصوير من رد الفعل في كربونات باستخدام السنكروترون التصوير المقطعي السريع

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Dielectric RheoSANS &#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and microstructural properties of complex fluids is presented. The instrument consists of a Couette geometry contained within a modified forced convection oven mounted on a commercial rheometer. This instrument is available for use on the small angle neutron scattering (SANS) beamlines at the National Institute of Standards and Technology (NIST) Center for Neutron Research (NCNR). The Couette geometry is machined to be transparent to neutrons and provides for measurement of the electrical properties and microstructural properties of a sample confined between titanium cylinders while the sample undergoes arbitrary deformation. Synchronization of these measurements is enabled through the use of a customizable program that monitors and controls the execution of predetermined experimental protocols. Described here is a protocol to perform a flow sweep experiment where the shear rate is logarithmically stepped from a maximum value to a minimum value holding at each step for a specified period of time while frequency dependent dielectric measurements are made. Representative results are shown from a sample consisting of a gel composed of carbon black aggregates dispersed in propylene carbonate. As the gel undergoes steady shear, the carbon black network is mechanically deformed, which causes an initial decrease in conductivity associated with the breaking of bonds comprising the carbon black network. However, at higher shear rates, the conductivity recovers associated with the onset of shear thickening. Overall, these results demonstrate the utility of the simultaneous measurement of the rheo-electro-microstructural properties of these suspensions using the dielectric RheoSANS geometry.

Dielectric RheoSANS &amp;#8212; Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

Here, we present a procedure for the measurement of simultaneous impedance, rheology and neutron scattering from soft matter materials under shear flow.

RheoSANS عازل - الاستجواب في وقت واحد من الممانعة، دراسة الخواص الانسيابية والصغيرة زاوية تشتت النيوترونات من السوائل مجمع

A procedure for the operation of a new dielectric RheoSANS instrument capable of simultaneous interrogation of the electrical, mechanical and ...

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of gamma rays created when neutrons interact with soil elements. The main parts of the INS system are a pulsed neutron generator, NaI(Tl) gamma detectors, split electronics to separate gamma spectra due to INS and thermo-neutron capture (TNC) processes, and software for gamma spectra acquisition and data processing. This method has several advantages over other methods in that it is a non-destructive in situ method that measures the average carbon content in large soil volumes, is negligibly impacted by local sharp changes in soil carbon, and can be used in stationary or scanning modes. The result of the INS method is the carbon content from a site with a footprint of ~2.5 - 3 m2 in the stationary regime, or the average carbon content of the traversed area in the scanning regime. The measurement range of the current INS system is &#62;1.5 carbon weight % (standard deviation &#177; 0.3 w%) in the upper 10 cm soil layer for a 1 hmeasurement.

Here, we present the protocol for in situ measurement of soil carbon using the neutron-gamma technique for single point measurements (static mode) or field averages (scanning mode). We also describe system construction and elaborate data treatment procedures.

قياسات كربون في التربة بتحليل النيوترون-غاما في ثابت والمسح الضوئي وسائط

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous studies on flowing liquid films have neglected the contributions of spatial structures of waves to the impact outcome, while this has recently been shown to have a significant influence on the drop impact dynamics. In this report, we outline a step-by-step procedure to investigate the effect of periodic inlet forcing of a flowing liquid film leading to the production of spatiotemporally regular wave structures on drop impact dynamics. A function generator in connection with a solenoid valve is used to excite these spatiotemporally regular wave structures on the film surface while the impact dynamics of uniform-sized droplets are captured using a high-speed camera. Three distinct regions are then studied; viz. the capillary wave region preceding the large wave peak, the flat film region, and the wave hump region. The effects of important dimensionless quantities such as film Reynolds, drop Weber and Ohnesorge numbers parameterized by the film flow rate, drop speed, and drop size are also examined. Our results show interesting, hitherto undiscovered dynamics brought about by this application of film inlet forcing of the flowing film for both low and high inertia drops.

A protocol to study the contributions of waves to droplet impact dynamics on flowing liquid films is presented.

مراقبة السينما لدراسة مساهمات موجات لديناميات تأثير الحبرية في الأفلام السائل المتدفق رقيقة

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...