微納(na)制造(zao)革(ge)新(xin)科研：慕(mu)尼(ni)黑工大突(tu)破高(gao)壓(ya)液(ye)滴動力學(xue)研究

在(zai)深(shen)海(hai)資(zi)源(yuan)勘(kan)探、航空(kong)航(hang)天(tian)推(tui)進系統(tong)、能(neng)源(yuan)化工裝備(bei)等(deng)工程(cheng)領(ling)域，高壓環(huan)境(jing)下的液(ye)滴動力學(xue)行(xing)為是制(zhi)約(yue)系統(tong)效(xiao)能(neng)與安全性的(de)核(he)心科學(xue)問題。尤其(qi)在(zai)深海(hai)裝(zhuang)備(bei)液(ye)壓傳(chuan)動、航天器燃(ran)料(liao)霧(wu)化噴射、超臨界(jie)化工反應(ying)器等(deng)場(chang)景(jing)中，液(ye)滴常(chang)需(xu)在(zai)壓力環境(jing)中發生(sheng)撞(zhuang)擊(ji)、聚並(bing)或相變(bian)，其動態(tai)特性(xing)直接關(guan)聯系統(tong)效(xiao)率與可靠性。然(ran)而，傳(chuan)統實驗技(ji)術因(yin)高壓(ya)密閉(bi)環境(jing)可視(shi)化困難(nan)、傳(chuan)感器耐受性(xing)不(bu)足等(deng)問題，對(dui)超過100bar（約(yue)100倍(bei)大氣壓）環(huan)境(jing)中液(ye)滴撞(zhuang)擊(ji)超疏水(shui)表面的動力學(xue)認知存在(zai)顯著(zhu)局(ju)限(xian)。

基於(yu)此(ci)，慕尼(ni)黑工業(ye)大學(xue)的(de)研究團隊(dui)突(tu)破高(gao)壓(ya)液(ye)滴動力學(xue)研究的技(ji)術壁(bi)壘，在低(di)韋(wei)伯(bo)數（We=5–10）條(tiao)件(jian)下實現(xian)了(le)高達200 bar環(huan)境(jing)壓力(li)的液(ye)滴撞(zhuang)擊(ji)實驗，不(bu)僅(jin)滿足高(gao)壓流體動力學(xue)的(de)理論(lun)缺(que)口(kou)，更推(tui)動了(le)超疏水(shui)表面的優化設計。相(xiang)關(guan)研究以"Droplet Impact on Superhydrophobic Surfaces Under High Pressures"發(fa)表在(zai)國(guo)際學(xue)術期(qi)刊《Small Methods》上(shang)。

研究團隊(dui)依托(tuo)摩(mo)方精密(mi)的2 μm超高精度(du)3D打印(yin)設備microArch® S230 制(zhi)備(bei)了(le)多(duo)種(zhong)不同(tong)潤濕性基底(di)（微柱寬度20 μm，高(gao)度(du)80 μm），通(tong)過精準(zhun)調(tiao)控(kong)微柱間(jian)距（40–80 μm範(fan)圍）實現(xian)潤濕性梯度設(she)計(ji)。摩(mo)方精密(mi)作為將(jiang)3D打印(yin)精度(du)精確(que)到(dao)2 μm級(ji)別(bie)並實現(xian)工業(ye)化應用的(de)企(qi)業(ye)，其(qi)面投(tou)影微立體光刻（PμSL）技(ji)術為(wei)高(gao)壓液(ye)滴動力學(xue)研究提(ti)供了(le)關(guan)鍵技(ji)術支持(chi)。

通過實驗系統(tong)探(tan)究了(le)環境(jing)壓力(li)與基底(di)結(jie)構(gou)對(dui)超疏水(shui)基底(di)上(shang)液(ye)滴撞(zhuang)擊(ji)動力學(xue)的(de)影響(xiang)，研究識(shi)別(bie)出高壓(ya)液(ye)滴撞(zhuang)擊(ji)的四類典型(xing)流態(tai)——無(wu)反(fan)彈(dan)伴(ban)氣體夾(jia)帶(dai)（I）、反彈(dan)伴(ban)衛星液(ye)滴殘(can)留(liu)與氣體夾(jia)帶(dai)（II）、反彈(dan)僅伴(ban)氣體夾(jia)帶(dai)（III）以及反彈(dan)（IV）。液(ye)滴反(fan)彈(dan)能(neng)力(li)隨環(huan)境(jing)壓力(li)升(sheng)高而顯(xian)著(zhu)增(zeng)強，當壓(ya)力(li)≥175 bar時，所有基底(di)均(jun)實現(xian)反彈(dan)（IV區(qu)），但(dan)流態(tai)轉變(bian)同(tong)時受環(huan)境(jing)壓力(li)與基底(di)拓(tuo)撲結(jie)構(gou)的協同(tong)調(tiao)控(kong)。

對(dui)於(yu)結(jie)構(gou)化超疏水(shui)基底(di)，流態(tai)隨壓(ya)力(li)升(sheng)高從I區(qu)穩(wen)定過渡至IV區(qu)；而光滑基底(di)在(zai)任(ren)何(he)壓(ya)力下均僅表現(xian)為無(wu)反(fan)彈(dan)狀(zhuang)態(tai)（I區(qu)）。此(ci)外(wai)，相同(tong)壓(ya)力下，增(zeng)大微柱間(jian)距（即(ji)降(jiang)低(di)固體占比）會導(dao)致(zhi)衛星液(ye)滴殘(can)留(liu)量顯(xian)著(zhu)增(zeng)加。通(tong)過(guo)引(yin)入(ru)修(xiu)正(zheng)的水(shui)錘系數，流體動力撞(zhuang)擊(ji)模型成(cheng)功解釋(shi)了(le)衛星液(ye)滴消失的(de)機(ji)制(zhi)——微柱間(jian)距減(jian)小增(zeng)強了(le)基底(di)產生的(de)毛細(xi)效(xiao)應，從而抑(yi)制了(le)衛星液(ye)滴形成(cheng)。此(ci)項(xiang)工(gong)作(zuo)將(jiang)液(ye)滴撞(zhuang)擊(ji)研究拓展(zhan)至200 bar高壓領(ling)域，對(dui)深(shen)海(hai)分(fen)離(li)、高(gao)壓(ya)霧(wu)化等應用具(ju)有重(zhong)要價值(zhi)。

摩(mo)方全新(xin)升(sheng)級(ji)的(de)microArch® S230A 3D打印(yin)系統(tong)，集(ji)成(cheng)了(le)先進(jin)的自(zi)動化水(shui)平調(tiao)節(jie)系統(tong)，並(bing)搭(da)載(zai)高精密(mi)運(yun)動控制系統(tong)，顯(xian)著(zhu)提(ti)升(sheng)了(le)打印(yin)準(zhun)備效(xiao)率和整體易(yi)用性(xing)。該(gai)系統(tong)通(tong)過氣浮平臺與激(ji)光測距模(mo)塊(kuai)協同(tong)工(gong)作，充分保障了(le)復(fu)雜異(yi)形微結(jie)構(gou)的壹次(ci)成(cheng)型精度(du)與質量。此(ci)外(wai)，液(ye)槽(cao)加熱(re)系統(tong)突(tu)破了(le)地域環(huan)境(jing)對(dui)材(cai)料(liao)選擇(ze)的(de)限(xian)制(zhi)，能(neng)夠(gou)兼(jian)容包(bao)括(kuo)高粘度工(gong)程(cheng)樹(shu)脂(zhi)、生(sheng)物相容性(xing)樹(shu)脂(zhi)、耐高溫(wen)樹脂(zhi)、陶瓷漿(jiang)料(liao)（如氧化鋯/氧化鋁(lv)）以及高精度(du)水(shui)凝膠在內的多(duo)種(zhong)材料(liao)，廣泛(fan)支持(chi)實驗室(shi)原(yuan)型開(kai)發的(de)全(quan)流程(cheng)需(xu)求(qiu)。

摩(mo)方精密(mi)作為高(gao)精度(du)增(zeng)材(cai)制造(zao)技(ji)術解決方(fang)案(an)提(ti)供商，不(bu)僅(jin)深度服(fu)務於(yu)科學(xue)研究領(ling)域，更與全球(qiu)約(yue)2800家客(ke)戶(hu)建立了(le)合作關(guan)系，覆蓋美國(guo)、日本(ben)、德(de)國(guo)等40個(ge)國(guo)家，其(qi)中包(bao)括(kuo)眾多(duo)頂(ding)尖科研機(ji)構和工(gong)業(ye)企(qi)業(ye)，彰(zhang)顯(xian)了(le)其技(ji)術服(fu)務(wu)的廣泛(fan)影(ying)響(xiang)力(li)。在科研支持(chi)方面，摩(mo)方精密(mi)的技(ji)術已(yi)成(cheng)為眾多(duo)前沿研究的重(zhong)要工具(ju)，相(xiang)關(guan)研究成(cheng)果(guo)被(bei)大量發(fa)表(biao)在(zai)包(bao)括(kuo)Science、Nature等國(guo)際頂(ding)級(ji)學(xue)術期(qi)刊及其子刊上(shang)，體現(xian)了(le)摩(mo)方技(ji)術支撐(cheng)科研工(gong)作的高(gao)質量與創(chuang)新(xin)性。

隨著微納(na)3D打印(yin)技(ji)術的(de)不(bu)斷(duan)發展(zhan)，摩(mo)方將(jiang)繼(ji)續(xu)以(yi)技(ji)術創(chuang)新(xin)為核(he)心(xin)驅(qu)動，與全球(qiu)科研工(gong)作者及產業(ye)夥(huo)伴(ban)攜手共(gong)進(jin)，致(zhi)力於(yu)攻克更多(duo)前沿科學(xue)難(nan)題，推動精密(mi)制造(zao)邁向微納(na)尺度(du)、多(duo)材(cai)料(liao)4D打印(yin)、高良品(pin)率(lv)與跨(kua)尺度(du)集成(cheng)的戰略方向，為構(gou)建全球(qiu)制造(zao)新(xin)生態(tai)提(ti)供關(guan)鍵技(ji)術支持(chi)。