הודות לוונדי &#39;אנג, Luuk Lubbers, מארק מיסקין ומישל דריסקול עבור רבים דיונים מועילים וQiti גואו לעזרה בהכנת דגימות ניסיוניות. עבודה זו נתמכה על ידי תכנית MRSEC של הקרן הלאומית למדע תחת גרנט לא DMR-0,820,054.

1. התקנת הדמיה מהירה (ראה איור 1) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל על ידי הקמת מסלול אנכי שלאורכו מיכל מלא בנוזל כדי להיחקר ניתן להעביר באופן חופשי כדי להתאים את מהירות ההשפעה. הנוזל עוזב את תחתית המכל דרך נחיר ואז נכנס נפילה חופשית. עבור עבודה זו את גובה הנפילה היה מגוון 1-200 סנטימטר לתת V מהירות השפעה 0 = (0.4-6.3) ± 0.15 מ &#39;/ שנייה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות והר מסגרת להחזיק המישור האופקי השפעה, בדרך כלל על צלחת זכוכית, שתחתיו מראה מהורהר נוטה ממוקם לדמיין את השפעת הטיפה מהתחתית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים צלחת זכוכית נקייה וחלקה על גבי המחזיק. ודא הצלחת מפולסת אופקית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר משאבת מזרק על המסלול האנכי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשפעת מתכת נוזלית, הנח את מפזר נייר שקוף מאחורי נחיר הדמיה צד וצפה. באותו הזמן, לצרף נייר אטום לבן מעל משאבת המזרק כדי ליצורהשתקפות לצפייה תחתונה (ראה איור 1). לאחר מכן, לאתר את מקור האור מאחורי הנחיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשפעת השעיה צפופה, אין צורך במפזר. במקום זאת, פשוט למקם את מקור האור בקדמת מטוס ההדמיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את עדשת מאקרו עם אורך מוקד מתאים להגדלה רצויה ומרחק עבודה אופטי. ואז, לחבר את העדשה למצלמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר את המצלמה על חצובה ולהתאים את הגובה של מצלמה על פי נקודת מבט הדמיה (צד או בתחתית). </li></ol> 2. לדוגמא הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת חמצון המתכת נוזלית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חנות גליום אינדיום eutectic (eGaIn) במכל אטום. מאז טמפרטורת ההתכה שלה היא כ 15 C °, eGaIn נשאר במצב נוזלי בטמפרטורת חדר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש פיפטה כדי לחלץ 3 מיליליטר eGaIn מיכל וextrude אותו על צלחת אקרילי. חכה 30 דקות למדגם להיות מחומצן באופן מלא באוויר. כconsequence, שכבה דקה של עור מקומט חמצון מכסה לחלוטין את פני השטח המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בחומצה הידרוכלורית (HCl; &quot;זהירות&quot;) של ריכוזים שונים לכביסה מוקדמת מדגם eGaIn ולשלוט חמצון פני השטח. באופן ספציפי, גזירה המדגם, בזמן שהוא באמבטיה החומצה, בשיעור שניות -1 גזירה 60 עם rheometer. לאחר 10 דקות של גזירה, רמת חמצון פני השטח במדגם מגיעה לשיווי משקל, שנקבע על ידי 15,18 ריכוז HCl. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר כביסה מוקדמת זו, להשתמש במזרק פלסטיק עם קצה נחיר פלדה כדי לחלץ eGaIn מהאמבטיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר את המזרק על משאבת המזרק ולהיות מוכן לניסוי. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת תרחיפים צפופים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים את הקצה של מזרק מסחרי (4.5 מ&quot;מ או 2.3 מ&quot;מ ברדיוס) ולהשתמש בו כצינור גלילי מחלק ההשעיה הצפופה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למשוך בחזרה את הבוכנה ולמלא את המזרק עם מים כל הדרך עד לסוף הפתוח, מה שהופך את יםיור אין בועת אוויר לרכבת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים ZrO 2 או זכוכית חרוזים כדוריים לתוך המזרק. עם שקיעה של חלקיקים, מים יישפכו החוצה מהנחיר. מלא את המזרק עם חלקיקים כל הדרך עד לסוף הפתוח. ההשעיה תהיה פקק תחת כובד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בסכין גילוח כדי להסיר חלקיקים רטוב נוספים מלמעלה כדי לשמור על סופו של דבר שדירה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פליפ מעל הנחיר ולעלות אותו על משאבת המזרק. מתח פנים ימנע את החלקיקים מהנפילה מתוך 16. </li></ol></li></ol> 3. כיול לפני איסוף קטעי וידאו, את הפרמטרים של מכשיר ההדמיה צריכים להיות מוגדרים ויישור תאורה צריך להסתיים. כמו כן, ברזולוציה מרחבית צריכה להיות מכוילת. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את משאבת המזרק במהירות של 20 מיליליטר / שעה כדי לדחוף את הנוזלים (מתכת נוזלית או השעיה) מהנחיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חכה לנוזל להתנתק מהמזרק, בצורת טיפה ונפילתו שלf כדי לעשות השפעה מבחן על גבי מצע הזכוכית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את מיקום המצלמה, כולל המצב האנכי שלה ונטייה הדמיה, כדי למצוא את מעיכה בצג המחשב המתחבר למצלמה. שנה את מרחק העבודה כדי לסדר את התמונה להיות במישור המוקד כאשר יחס הרבייה של העדשה קבוע ב1:1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשנות את גודל הצמצם, זמן חשיפה וזווית תאורה כדי להשיג את איכות התמונה הטובה ביותר כאשר במסגרת השיעור הוא גבוהה מספיק (&gt; 6,000 תמונות בשנייה). איור 2 (א) מציג תמונות טיפוסיות שצולמו על ידי המצלמה עבור שני eGaIn הנוזלי והשעיה צפופה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח שליט בשדה הראייה (ראה איור 2 (ב)) ולחשב את הרזולוציה מרחבית על ידי לספור כמה פיקסלים שיתאימו לרוחב 1 סנטימטר. ודא שאין הבדל ברזולוציה בין כיוונים אופקיים ואנכיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עקוב תהליך 3 שלבים כדי למדוד את שבר האריזה של טיפת השעיה צפופה: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למדוד את המסה של entתקין זעם מעיכה לאחר ההשפעה (למשל על ידי ומאפשרות ירידת הנפילה לתוך כוס מדידה שיכולה להישקל באופן מדויק). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר מכן, תתאדה כל הממס עם דוד ולשקול את מעיכה שוב כדי להשיג את המסה של החלקיקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב הנפח של חלקיקים ונוזל כדי לקבל את החלק יחסי האריזה. בדרך כלל, בר נפח זה צריך להיות סביב 60%. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בהתאם לכיוון תצפית (בחלק תחתון או בצד), מקם את המצלמה כראוי. בפרט, לשים את המצלמה לצד המצע של המבט מהצד או באותה הרמה של המראה רעיוני להדמית תחתית. </li></ol> 4. הקלטת וידאו ונתונים רכישה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר כיול הדמיה, להפעיל מחדש את משאבת המזרק. במקביל, פתח את תוכנת המצלמה שליטה לפקח על תהליך ההשפעה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את מספרי המסגרת מפעילה-הודעה כבמחצית אורך וידאו. צפה בזהירות בעת הירידה מתחילה להיווצר וידני trigגר במצלמה ברגע שבו טיפה מתנתקת מהנחיר. לבצע כמה בדיקות בפועל לפני הקלטת נתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר שהנתונים שנרשמו, לקצץ את הווידאו לחלק המכיל את ההשפעה ולשמור את קטעי הווידאו כרצפי תמונה לניתוח. </li></ol> 5. לאחר עיבוד תמונה וניתוח <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בשיטת זיהוי גבול כדי לאתר את החזית מרגשת של eGaIn הנוזלי כפי שהוא מתפשט, אשר תואם את מעבר חד בערך פיקסל הממוצע (ראה איורים 3 (AB).) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מתמונות הן תחתונה וצד, לקבוע את תחילת ההתזות של השעיה צפופה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע אלגוריתמי חלקיקי מעקב להשיג עקבות של חלקיקים בודדים שנמלטו מהמעיכה (ראה איור 3 (ג)). לאחר מכן, לחשב את המהירות ולהוציא ממסלולים כאלה (איור 3 (ד)). </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>

יש המחברים אין לחשוף.

כמה צעדים הם קריטיים לביצוע נכון של ההדמיה מהר. ראשית, מצלמה ועדשה צריכה להיות מוגדרות כראוי ומכוילות. בפרט, על מנת לקבל רזולוציה מרחבית גבוהה, יחס הגדלה של העדשה חייבת להיות כל הזמן קרוב ל1:1. זה חשוב במיוחד להדמיה של השעיות צפופות. כמו כן, גודל הצמצם צריכה להיות שנבחר ב...

זרוק את ההשפעה על גבי משטח מוצק הוא תהליך מפתח ביישומים רבים מעורבים בייצור אלקטרוני 1, תרסיס ציפוי 2, ותוסף ייצור באמצעות הזרקת דיו מדפיס 3,4, שבו שליטה מדויקת של ירידה מתפשטת והתזות היא רצויה. עם זאת, התבוננות ישירה של השפעת הירידה היא מאתגרת מבחינה טכנית משתי סיבות. ראשית, הוא תהליך דינמי מורכב המתרחש בתוך לוח זמנים קצר מדי (~ 100 μsec) להיות צילם בקלות על ידי מערכות הדמיה קונבנציונליות, כמו מיקרוסקופים אופטיים ומצלמות DSLR. פחית פלאש צילום של תמונה כמובן הרבה יותר מהר, אבל אינו מאפשר הקלטה רציפה, כפי שנדרש לניתוח מפורט של ההתפתחות עם זמן. שנית, בקנה מידת האורך הנגרם על ידי אי יציבות השפעה יכולה להיות קטנה כמו 10 מיקרומטר 5. לכן, כדי ללמוד כמותית תהליך השפעת מערכת שמשלבת הדמיה מהירה יחד עם רזולוציה מרחבית גבוהה סביר הוא לעתים קרובותרצוי. בהעדר מערכת כזו, עבודה מוקדמת על השפעת הטיפה התמקדה בעיקר בעיוות הגיאומטרית העולמית לאחר ההשפעה 6-8, אך לא הצליח לאסוף מידע על הזמן מוקדם, תהליכי nonequilibrium קשורים להשפעה, כגון תחילתה של התזה. ההתקדמות שחלה באחרונה בצילום וידאו במהירות גבוהה CMOS של נוזלים 9,12 דחפה את מסגרת הדולר עד מיליון תמונות בשניה וזמני חשיפה למטה 1 μsec. יתר על כן, שיטות ההדמיה CCD חדש שפותח יכולות לדחוף את מסגרת הדולר הרבה מעל fps מיליון 9-12. רזולוציה מרחבית ומצד שני, ניתן להגדיל את הסדר של 1 מיקרומטר / פיקסל שימוש בעדשות מגדלת 12. כתוצאה מכך, זה הפך להיות אפשרי לחקור בפירוט חסר תקדים את ההשפעה של מגוון רחב של פרמטרים פיזיים בשלבים שונים של השפעת הירידה ולהשוות ניסוי לבין תאורית 5,13-16 באופן שיטתי. לדוגמא, מעבר התזות נוזלים הניוטונית היה found כדי להיות מוגדר על ידי לחץ אווירה 5, בעוד rheology הפנימי מחליט דינמיקת ההתפשטות של נוזלי תשואה לחץ 17. הנה טכניקת הדמיה מהירה פשוט אך רבת עוצמה הוא הציג וליישם כדי ללמוד את דינמיקת ההשפעה של שני סוגים של נוזלים שאינם הניוטונית: מתכות נוזלי והשעיות צפופות. עם חשיפה לאוויר, למעשה את כל המתכות נוזלי (מלבד כספית) באופן ספונטני לפתח עור תחמוצת על פני השטח שלהם. מבחינה מכאנית, העור נמצא לשנות מתח פנים יעיל ויכולת הרטבה של המתכות 18. במאמר קודם 15, כמה מהמחברים חקרו את תהליך הפצת כמותית והיו מסוגל להסביר כיצד השפעת העור משפיעה על דינמיקת ההשפעה, במיוחד את קנה המידה של רדיוס הפצה המרבי עם פרמטרים השפעה. מאז מתכת נוזלית יש החזר של פני השטח גבוה, התאמה מדוקדקת של התאורה נדרשת בהדמיה. השעיותמחדש מורכב מחלקיקים קטנים בנוזל. גם לנוזלים ניוטונית פשוטים, התוספת של תוצאות חלקיקים בהתנהגות שאינה הניוטונית, אשר הופכת בולט במיוחד במתלים צפופים, כלומר בכל חלק בנפח גבוה של חלקיקים מרחפים. במיוחד, את התחלתה של התזה, כאשר טיפת השעיה פוגעת משטח חלק, קשה נחקרה בעבודה הקודמת 16. שני נוזלי חלקיקים ואינטראקציות בין חלקיקים יכולים לשנות את מתיז ההתנהגות באופן משמעותי ממה שניתן היה לצפות מנוזלים פשוטים. כדי לעקוב אחר חלקיקים קטנים כמו 80 מיקרומטר בניסויים אלה יש צורך ברזולוציה מרחבית גבוהה. שילוב של דרישות טכניות שונות, כגון רזולוציה גבוהה של זמן ומרחב, בתוספת היכולת להתבוננות משפיעה על שניהם מהצד ומלמטה, כולם יכול להיות מרוצה מהתקנת ההדמיה שתוארה כאן. על ידי ביצוע פרוטוקול סטנדרטי, שיתואר להלן, דינמיקת ההשפעה יכולה להיות investigated בצורה מבוקרת, כפי שמוצג באופן מפורש להפצת ומתיז התנהגות.

<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

בתחום של מכניקת זורמים, תהליכים רבים דינמיים להתרחש לא רק על מרווח זמן קצר מאוד, אבל גם דורשים ברזולוציה מרחבית גבוהה להסתכלות מפורטת, תרחישים שהופכים אותו המאתגר להתבונן במערכות הדמיה קונבנציונליות. אחד מהם הוא השפעת הירידה של נוזלים, מה שקורה בדרך כלל בתוך עשירית מהאלפית שני. כדי להתמודד עם אתגר זה, טכניקת הדמיה מהר הוא הציג שמשלבת מצלמה במהירות גבוהה (מסוגל עד מיליון פריימים לשניה) עם עדשת מאקרו עם מרחק עבודה ארוך כדי להביא את ברזולוציה מרחבית של התמונה עד 10 מיקרומטר / פיקסל. טכניקת ההדמיה מאפשרת מדידה מדויקת של כמויות רלוונטיות נוזל דינמיים, כגון שדה הזרימה, המרחק מתפשט ומהירות המתיז, מניתוח של הווידאו שהוקלט. כדי להדגים את היכולות של מערכת להדמיה זו, דינמיקת ההשפעה כאשר טיפות של נוזלים שאינם הניוטונית פוגעות במשטח קשה שטוח characterized. שני מצבים נחשבים: לטיפי מתכת נוזלי חמצון אנו מתמקדים בהתנהגות מתפשטת, ולהשעיות צפופות אנו קובעים את תחילתה של התזה. באופן כללי יותר, השילוב של הדמיה ברזולוציה הגבוהה של זמן ומרחב הציגה כאן מציע יתרונות ללימוד דינמיקה מהירה על פני מגוון רחב של תופעות microscale.

טכניקת ההדמיה מהירה ניתן להשתמש כדי לכמת מתפשט ומתיז לתרחישי השפעה שונים. איור 4 (א), למשל, מציג רצפי תמונת השפעה אופייניים לeGaIn נוזל עם חוזק עור תחמוצת שונה. על ידי ולהוציא eGaIn מאותו הנחיר באותו הגובה נופל, טיפין עם V מהירות השפעה לשעתק 0 = 1.02 ± R 0.12 מ &#39;/ השנ...

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

השפעת הירידה של נוזלים שאינם הניוטונית היא תהליך מורכב שכן פרמטרים פיזיים שונים להשפיע על הדינמיקה לאורך זמן קצר מאוד (פחות מעשירית מאלפית שני). טכניקת הדמיה מהר הוא הציג במטרה לאפיין את התנהגויות ההשפעה של נוזלים שאינם הניוטונית שונים.

טכניקת הדמיה מהירה ללמוד טיפת השפעת דינמיקה של נוזלים ללא הניוטונית

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.  השפעת הירידה של נוזלים שאינם הניוטונית היא תהליך מורכב שכן פרמטרים פיזיים שונים להשפיע על הדינמיקה לאורך זמן קצר מאוד (פחות מעשירית מאלפית שני). טכניקת הדמיה מהר הוא הציג במטרה לאפיין את התנהגויות ההשפעה של נוזלים שאינם הניוטונית שונים. 

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.

מדידה ניסיונית של מהירות יישוב של חלקיקים כדוריים בנוזלים ויסקואלסטיים לא מכופתרים ומרותקים על בסיס חומרים פעילי שטח

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.

טכניקת ריבוב הזמן Super פתרון הדמיה מפלטפורמה נעה

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.

ייצור חללים ננומטריים אחידים באמצעות מליטה וופל ישיר סיליקון

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.

מעבדה בגלילה מגדלים לסימולציה הניסויית של התנגשויות אבק-המצרפי במערכת השמש המוקדמת

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.

הכנת גשרי Electrohydrodynamic מנוזלי דיאלקטרי פולאר

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.

חקירת Layer פליטה ספקטרליים Boundary במהלך פולשני חומר בדיקה ב 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.

Dynamic נקבובית בקנה מידה Reservoir-מצב הדמיה של ריאקציה קרבונטים שימוש טומוגרפיה Synchrotron מהיר

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 דיאלקטרי - חקירת סימולטני של עכבה, Rheology וקטנים זווית ניוטרון פיזור של נוזלים מורכבים

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.

מדידות של פחמן בקרקע על ידי ניתוח ניוטרון-גמא חשמל סטטי וסריקה מצבי

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.

סרט שליטה ללמוד תרומות של גלים Droplet דיינמיקס ההשפעה על סרטים נוזלי זורם דק

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