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用声波打印:【美洲杯冠军竞猜】科学家发明新

原标题:逆向操作 中国科学家让液滴变气泡

原标题:用声波打印:科学家发明新型打印术,打印机方式可用于一切材料

  一般来说,气泡破裂后会产生液滴,但在英国《自然·通讯》杂志11日发表的一项物理学研究中,中国科学家团队描述了一种逆向操作的方法——让液滴转变为气泡。

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据了解,该成果有助于找到液—液界面的操纵方式,对软物质制造具有一定的应用价值。

近日,哈佛大学的研究人员发明了一种新型声波打印技术**:利用声波产生的力精确控制用于打印的液滴,将让喷墨式打印不再受材料限制,而且适用的打印材料范围前所未有地广泛。**

声悬浮技术,是地面和空间条件下实现材料无容器处理的关键技术之一,声悬浮能让液滴在声波作用下悬浮在空中,是液滴动力学研究的常用技术。

这项技术在新型生物制药、化妆品和食品制造行业有很大的应用潜力,也将给光学材料和导电材料领域的发展也带来了新的可能性。

而声压是大气压受到声波扰动后产生的变化,即大气压强的余压,利用声压,科学家可以把液滴压扁成很薄的液膜,并诱导屈曲现象,从而实现液滴的变形。

这项研究成果于 8 月 31 日发表在著名国际期刊《科学进展》(Science Advances)上。

此次,中国西北工业大学臧渡洋及其同事将这些已观察到的现象相结合,以对气泡的形成进行控制。

论文的通讯作者、哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)的生物工程学教授 Jennifer Lewis 说:“我们发明的这种声波打印技术,利用了声波产生的力,能按照需求打印任意的材料。” Lewis 教授也是哈佛大学威斯生物工程研究所(Wyss Institute forBiologically Inspired Engineering)的核心教员。

研究团队先通过声辐射力将液滴压成薄片状的液膜,再通过超声场让液膜弯曲成碗状,内部为共振腔。研究团队发现,共振会让腔体扩大,并引导周围的液面弯曲,最后收缩成一个闭合的气泡。

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研究人员观察到的这一过程,指出了一条形成气泡的新途径,而这一途径对于食品、化妆品及制药行业的泡沫等软物质制备具有潜在的应用价值。返回搜狐,查看更多

图 | 在声波打印中,声波产生可控的力,当喷嘴处液滴达到某个尺寸时,能将液滴拽离喷嘴并射向基座,就像从树上摘下一个个苹果。来源:Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis/Harvard University

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从自然界乃至工业界,小小的液滴都有很多应用,比如油墨打印以及药物递送系统中用到的微胶囊。

喷墨打印(Inkjet printing)**是一种非常常见的打印技术,通过将墨滴喷射到纸张、塑料或其他基座上来重建数字图像。打印机就是基于这一技术。**

这一技术的特点是只适用于那些粘度仅比水的粘度高约 10 倍的液体,但是实际上很多研究人员感兴趣的液体在粘度方面恰恰远比这要高。比如,在生物医药和生物打印中至关重要的聚合物以及细胞混合液等生物墨水,它们的粘度至少要比水高出 100 倍。此外,一些糖基的生物聚合物甚至像蜂蜜一样粘稠,粘度高达水的 2.5 万倍之多!

另一方面,这些液体的粘度也会随着温度和成分的变化而发生剧烈的变化,因此想要优化打印参数以控制液滴的尺寸就变得更加困难。

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图 | 蜂蜜是一种典型的粘稠液体,比水的粘稠度要高 2.5 万倍。声波打印适用于形成任意液体的液滴,能从充满蜂蜜的墨盒中产生极其微小的单个蜂蜜液滴。来源:Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis/Harvard University

“我们的目标是开发一套不受液体材料特性限制的打印系统,尤其是要不受液体粘度影响”,论文的第一作者 Daniele Foresti 说。Daniele Foresti 是科学学会 Branco Weiss 会员(Society in Science - BrancoWeiss Fellow),也是哈佛大学工程与应用科学学院和威斯生物工程研究所材料科学与机械工程系的助理研究员。

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图 | 在声波打印中,喷射出的液滴能以任意的排布沉积在基底上。本图是将蜂蜜液滴阵列打印在玻璃片上。来源:Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis/Harvard University

众所周知,由于重力作用,所有的液滴都会往下滴——不管是沿着水龙头快速滴下的水,还是数年才会落下一滴的沥青。然而,如果打印时仅有重力的作用,液滴的尺寸就会很大,并且液滴的滴落速率很难控制。在著名的沥青滴漏实验中,每十年才会有一滴沥青滴落,科学家据此估测沥青的粘度大约是水的 2000 亿倍。

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