實驗名稱：電場驅動的液態金屬均勻液滴生成實驗

研究方向：流體力學、液態金屬、電場

實驗目的：液態金屬因其兼具流動性和導電性的獨特特性而在電子和材料科學領域引起了廣泛關注。傳統的液態金屬液滴發生器通常依賴于壓電致動器來對射流施加機械擾動，從而控制液滴的形成。在本研究中，提出了一種新方法，通過向射流施加周期性靜電擾動，來生成均勻可控的液態金屬微滴流。通過調節噴嘴直徑、流量以及施加電壓的頻率，可以有效地調整液滴的大小和間距。此外，在不同條件下的實驗觀測結果與理論預測之間的對比表明，瑞利-普拉托不穩定性理論能夠準確描述電場激發下的擾動生長和液滴形成過程。本研究為可控生成鎵基液態金屬液滴奠定了理論和實驗基礎。

測試設備：

1、液態金屬供給系統：注射泵、25mL玻璃注射器、管道、過濾器、陶瓷噴嘴

2、電場控制系統：函數發生器、高壓放大器（AigtekATA-7015、ATA-2161）、銅環電極、高壓探頭

3、真空系統：機械泵、分子泵、真空室

4、觀測與數據采集系統：LED光源、高速相機、電腦、數據采集器

5、數據分析工具：基于POD的圖像處理系統、傅里葉變換分析工具

圖1電場驅動的液態金屬均勻液滴生成實驗示意圖

實驗過程：實驗選用鎵銦錫合金為液態金屬，組裝含供給、電場控制、真空及觀測系統的裝置并密封真空室，抽真空至≤8×10?3Pa后，通過注射泵使液態金屬經噴嘴形成自然射流，再將函數發生器產生的信號經高壓放大器放大后施加到銅環電極，用高速相機拍攝射流破裂過程，最后對采集的圖像進行POD分析、傅里葉變換等處理。

實驗結果：無電場時液態金屬射流破裂無主導頻率，液滴尺寸不均；施加電場后，射流破裂出現與電場頻率一致的主導頻率，液滴均勻性提升，且液滴尺寸和間距隨電場頻率增加而減小，電壓振幅可擴展控制頻率范圍，實驗數據與Rayleigh-Plateau不穩定性理論預測吻合良好，但電場控制頻率范圍有限，受自然噪聲擾動影響。

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圖：ATA-7015高壓放大器指標參數

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審核編輯 黃宇