電流體動(dòng)力學(xué)（Electrohydro Dynamics，簡(jiǎn)稱EHD），它是流體力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)之間的邊緣學(xué)科，研究單極性荷電流體或極化流體同電場(chǎng)的相互作用。靜電霧化室電流體力學(xué)的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，以較低能耗可獲得大量精細(xì)小、單分散性好、可控性強(qiáng)、沉積率高的荷電微液滴，在微/納電子器件制造，微型燃燒、空氣凈化、空間微動(dòng)力推進(jìn)及生物工程等領(lǐng)域潛能巨大。

靜電霧化及其應(yīng)用過(guò)程匯總產(chǎn)生的復(fù)雜荷電多相流動(dòng)，廣泛存在著荷電液滴的變形，破碎、融合及分離等重要現(xiàn)象，其耦合場(chǎng)下的電流體動(dòng)力學(xué)特性極為復(fù)雜，特別是射流模式的穩(wěn)定性問(wèn)題、荷電液滴相間的動(dòng)力學(xué)行為研究具有極大應(yīng)用潛力和價(jià)值。目前，帶電液滴不融合的研究和應(yīng)用是電流體動(dòng)力學(xué)的熱門話題，在該研究領(lǐng)域存在的突出難題是，無(wú)法在秒級(jí)尺度觀察帶電液滴不融合的現(xiàn)象，制約該領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展。

需要說(shuō)明的是，在上述背景技術(shù)部分公開(kāi)的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本公開(kāi)的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種帶電液滴不融合的調(diào)控系統(tǒng)，旨在破解無(wú)法在秒級(jí)尺度觀察帶電液滴不融合的難題，為帶電液滴不融合的潛在應(yīng)用提供了新視角和新的應(yīng)用場(chǎng)景。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種基于開(kāi)放環(huán)境下帶電液滴不融合調(diào)控系統(tǒng)。

一種基于開(kāi)放環(huán)境下帶電液滴不融合調(diào)控系統(tǒng)，包括直流高電壓源，注射泵，毛細(xì)管探針，介電子性質(zhì)納米超微電極；

所述直流高電壓源用于產(chǎn)生高電壓，對(duì)含有介電子性質(zhì)納米超微電極的液體產(chǎn)生電場(chǎng)力，當(dāng)電場(chǎng)力與流體鞘應(yīng)力達(dá)到平衡態(tài)時(shí)，使其在毛細(xì)管探針尖端形成泰勒錐；

所述注射泵用于將含有介電子性質(zhì)納米超微電極的液體，按一定的流速泵入毛細(xì)管探針中；

所述毛細(xì)管探針尖端設(shè)置有微米級(jí)的孔結(jié)構(gòu)，使流體層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳎?

所述介電子性質(zhì)納米超微電極用于在特定距離間、不同極性作用下的泰勒錐形成半月板橋；

所述直流高電壓源分為直流高電壓源一和直流高電壓源二、所述毛細(xì)管探針?lè)譃槊?xì)管探針一和毛細(xì)管探針二，所述直流高電壓源一施加電壓于所述毛細(xì)管探針一，所述直流高電壓源二施加電壓于毛細(xì)管探針二，所述毛細(xì)管探針一和毛細(xì)管探針二的尖端之間留有縫隙。

進(jìn)一步的，所述毛細(xì)管探針為兩個(gè)，兩個(gè)毛細(xì)管探針毛細(xì)管探針尖端距離為15-70μm，毛細(xì)管探針間夾角為70-180°。

進(jìn)一步的，所述毛細(xì)管探針內(nèi)徑尺寸為100-350μm。

本發(fā)明還提供一種基于開(kāi)放環(huán)境下帶電液滴不融合調(diào)控系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

S1，將水和介電子性質(zhì)納米超微電極混合，得到含有介電子性質(zhì)納米超微電極的水溶液；

S2，將S1中的水溶液通過(guò)輸送泵輸入毛細(xì)管探針，并在毛細(xì)管探針尖端施加直流高電壓源；

S3，調(diào)節(jié)直流高電壓源極性和電壓值，設(shè)置輸送泵流速，調(diào)節(jié)探針尖端距離及尖端夾角；

S4，使含有介電子性質(zhì)納米超微電極的水溶液在毛細(xì)管探針尖端形成泰勒錐，兩個(gè)泰勒堆之間形成半月板橋，使半月板橋持續(xù)數(shù)秒至數(shù)分鐘時(shí)間。

進(jìn)一步的，S3中直流高電壓源的電壓為0.5-10 kV。

進(jìn)一步的，S3中毛細(xì)管探針內(nèi)徑尺寸為100-350μm，毛細(xì)管探針尖端距離為15-70μm，毛細(xì)管探針間夾角為70-180°。

進(jìn)一步的，S3中含有介電子納米超微電極溶液流速10-200μL/min；介電子性質(zhì)納米超微電極的材料顆粒尺寸20-80 nm，顆粒數(shù)平均分布為50-1000之間。

進(jìn)一步的，S3中兩支毛細(xì)管探針?lè)謩e施加不同極性的直流高電壓，借助電流體動(dòng)力學(xué)原理，形成帶電液滴。

進(jìn)一步的，兩支毛細(xì)管探針施加的不同極性直流高電壓的差值為0.5-3.0kV，半月板橋的形成介于穩(wěn)定泰勒錐與電噴霧形成帶電微液滴的臨界狀態(tài)，正負(fù)極性條件下的泰勒錐在特定控制距離下，形成吸引力以形成穩(wěn)態(tài)泰勒錐；相互吸引的不同極性泰勒錐在尖端會(huì)形成融合的半月板橋。

進(jìn)一步的，所述半月板橋中溶液中的介電子性質(zhì)納米超微電極在電勢(shì)差的作用下形成電泳現(xiàn)象，定向排列，聯(lián)通半月板橋。

本發(fā)明的原理是：利用帶有不同極性的高電壓，結(jié)合在電流體動(dòng)力學(xué)調(diào)控的基礎(chǔ)上，形成開(kāi)放環(huán)境下不同極性帶電流體的不融合系統(tǒng)和控制方法，所述高電壓用于借助流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，在探針尖端對(duì)液體當(dāng)電場(chǎng)力與流體鞘應(yīng)力達(dá)到平衡態(tài)時(shí)，形成泰勒錐。

含有介電子性質(zhì)納米超微電極的液體，通過(guò)調(diào)控一定的流速泵入毛細(xì)管探針中，并在特定流速驅(qū)動(dòng)下，對(duì)液體進(jìn)行傳輸并在液體層流區(qū)賦予電場(chǎng)的特性。

借助探針尖端微米級(jí)的孔結(jié)構(gòu)，在流體層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鬟^(guò)程中形成具有渦流擾動(dòng)效應(yīng)的鞘應(yīng)力對(duì)抗電場(chǎng)應(yīng)力的特殊的流體傳輸模式。

介電子性質(zhì)納米超微電極用于在特定距離間、不同極性作用下的泰勒錐形成半月板橋。

支持半月板橋液體具有特殊的導(dǎo)電性，所述液體中含有有介電子性質(zhì)超微納米材料，該超微納米材料作為微電極具有高效的電子傳輸能力。

半月板橋的形成介于穩(wěn)定泰勒錐與電噴霧形成帶電微液滴的臨界狀態(tài)，所述正負(fù)極性條件下的泰勒錐在特定控制距離下，形成吸引力以形成穩(wěn)態(tài)泰勒錐；相互吸引的不同極性泰勒錐在尖端會(huì)形成融合的半月板橋。

溶液中的介電子性質(zhì)納米超微電極材料在電勢(shì)差的作用下形成電泳現(xiàn)象，形成聯(lián)通半月板橋的微電極。

聯(lián)通的半月板橋同時(shí)具有能量場(chǎng)效應(yīng)和物質(zhì)變化效應(yīng)，其中能量場(chǎng)效應(yīng)來(lái)源于直流高電壓的聯(lián)通效應(yīng)，物質(zhì)變化效應(yīng)來(lái)源于在電勢(shì)場(chǎng)作用下物質(zhì)的定向遷移。

能量場(chǎng)效應(yīng)和物質(zhì)變化效應(yīng)并非主要受控于液體重力場(chǎng)的影響，決定因素取決于液體的介電性能，探針尖端距離，以及直流高電壓變化的周期率。

半月板橋的持續(xù)時(shí)間是能量轉(zhuǎn)移和物質(zhì)快速遷移的本質(zhì)先決條件。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：在開(kāi)放環(huán)境下而非密閉兩相液體環(huán)境中，不僅實(shí)現(xiàn)了不同極性帶電液滴秒級(jí)不融合，而且通過(guò)介電子納米超微電極的引入，推動(dòng)了荷電的有效傳輸以及物質(zhì)的高效轉(zhuǎn)運(yùn)，從而進(jìn)一步拓展了帶電液滴不融合的進(jìn)一步應(yīng)用潛力。具體如下：

本發(fā)明通過(guò)在開(kāi)放環(huán)境下水平設(shè)置具有噴霧功能的毛細(xì)管探針，可有效排除重力因素介導(dǎo)的帶電液滴不融合現(xiàn)象，在不融合因素分析中僅關(guān)注電場(chǎng)力以及液體渦流引起的鞘應(yīng)力，簡(jiǎn)化了理論建構(gòu)分析因素。

本發(fā)明首次通過(guò)高速相機(jī)在秒到分鐘時(shí)間尺度記錄了帶電液滴不融合的發(fā)展及發(fā)生過(guò)程。

本發(fā)明通過(guò)溶液中加入具有介電子納米超微電極的荷電轉(zhuǎn)移特性，在能量傳遞和物質(zhì)傳送方面具有潛在應(yīng)用。

本發(fā)明可通過(guò)調(diào)控不同的空間距離、電壓值和極性，實(shí)現(xiàn)泰勒錐-半月板橋-精細(xì)靜電霧化快速切換。