高壓放大器在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的液態(tài)金屬均勻液滴實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

　　實(shí)驗(yàn)名稱：電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的液態(tài)金屬均勻液滴生成實(shí)驗(yàn)

　　研究方向：流體力學(xué)、液態(tài)金屬、電場(chǎng)

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>液態(tài)金屬因其兼具流動(dòng)性和導(dǎo)電性的獨(dú)特特性而在電子和材料科學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的液態(tài)金屬液滴發(fā)生器通常依賴于壓電致動(dòng)器來(lái)對(duì)射流施加機(jī)械擾動(dòng)，從而控制液滴的形成。在本研究中，提出了一種新方法，通過(guò)向射流施加周期性靜電擾動(dòng)，來(lái)生成均勻可控的液態(tài)金屬微滴流。通過(guò)調(diào)節(jié)噴嘴直徑、流量以及施加電壓的頻率，可以有效地調(diào)整液滴的大小和間距。此外，在不同條件下的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)之間的對(duì)比表明，瑞利-普拉托不穩(wěn)定性理論能夠準(zhǔn)確描述電場(chǎng)激發(fā)下的擾動(dòng)生長(zhǎng)和液滴形成過(guò)程。本研究為可控生成鎵基液態(tài)金屬液滴奠定了理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

　　測(cè)試設(shè)備：

　　1、液態(tài)金屬供給系統(tǒng)：注射泵、25mL玻璃注射器、管道、過(guò)濾器、陶瓷噴嘴

　　2、電場(chǎng)控制系統(tǒng)：函數(shù)發(fā)生器、高壓放大器（AigtekATA-7015、ATA-2161）、銅環(huán)電極、高壓探頭

　　3、真空系統(tǒng)：機(jī)械泵、分子泵、真空室

　　4、觀測(cè)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：LED光源、高速相機(jī)、電腦、數(shù)據(jù)采集器

　　5、數(shù)據(jù)分析工具：基于POD的圖像處理系統(tǒng)、傅里葉變換分析工具

圖1電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的液態(tài)金屬均勻液滴生成實(shí)驗(yàn)示意圖

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：實(shí)驗(yàn)選用鎵銦錫合金為液態(tài)金屬，組裝含供給、電場(chǎng)控制、真空及觀測(cè)系統(tǒng)的裝置并密封真空室，抽真空至≤8×10?3Pa后，通過(guò)注射泵使液態(tài)金屬經(jīng)噴嘴形成自然射流，再將函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)高壓放大器放大后施加到銅環(huán)電極，用高速相機(jī)拍攝射流破裂過(guò)程，最后對(duì)采集的圖像進(jìn)行POD分析、傅里葉變換等處理。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：無(wú)電場(chǎng)時(shí)液態(tài)金屬射流破裂無(wú)主導(dǎo)頻率，液滴尺寸不均；施加電場(chǎng)后，射流破裂出現(xiàn)與電場(chǎng)頻率一致的主導(dǎo)頻率，液滴均勻性提升，且液滴尺寸和間距隨電場(chǎng)頻率增加而減小，電壓振幅可擴(kuò)展控制頻率范圍，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與Rayleigh-Plateau不穩(wěn)定性理論預(yù)測(cè)吻合良好，但電場(chǎng)控制頻率范圍有限，受自然噪聲擾動(dòng)影響。

　　產(chǎn)品推薦：ATA-7015

　　圖：ATA-7015高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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