NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2014/nature-zet-nederlandse-druppels-in-top-10-nr-i20/

Geprint op :
14 december 2018
16:55:25

Natuurkunde kan esthetisch én technologisch relevant zijn. Het tijdschrift Nature koos een Twentse opname van de druppels uit de spuitmond van een piëzo-akoestische inkjetprinter tot een van de tien mooiste foto's van het jaar 2014. Dankzij het onderzoek kunnen de wetenschappers het gedrag van kleine druppels voorspellen en beheersen.

De foto is gemaakt binnen een FOM Industrial Partnership Programme met Océ. De druppels hebben een volume van slechts tien picoliter en een snelheid van 10 m/s (36 km/uur). De onderzoekers gebruikten een flitslamp die pulsen geeft van acht nanoseconden. Daardoor konden ze onscherpte door beweging voorkomen.

Beelden van hoge kwaliteit
De druppels zijn niet alleen mooi. Doordat de onderzoekers twee foto's kort achter elkaar namen, konden ze het snelheidsprofiel van de druppels bepalen. Die gegevens vergeleken ze vervolgens met hun numerieke modellen. Essentieel hierbij was de hoge kwaliteit van de digitale beelden. De onderzoekers konden daardoor namelijk precies de rand van de druppels detecteren.

Methode bruikbaar voor nieuwe toepassingen
De onderzoekers beheersen de methode inmiddels zo goed dat ze de reologische eigenschappen van niet-Newtonianse vloeistoffen onder extreem sterke schuifspanning kunnen bepalen. Standaard reometers kunnen de viscositeit tot een schuifspanning van 1.000 per seconde meten. De nieuwe methode komt tot 100.000 per seconde. Daarmee is de methode bruikbaar voor verschillende nieuwe toepassingen.

Druppel begrijpen
Naast de vorming van de druppels is ook hun gedrag bij de impact op een oppervlak van belang. De vraag die de onderzoekers zich stellen is: hoe verspreidt een druppel zich voor gegeven inkteigenschappen en gegeven snelheid en diameter? Ook hier zijn opnames met digitale hogesnelheidscamera's de beste manier om de dynamica in beeld te krijgen. De onderzoekers vullen de opnames aan met numerieke simulaties. Zo wilden ze het gedrag van de druppel begrijpen.

Verrassende bel
Tot hun verrassing bleek dat zich onder een inslaande druppel een bel vormde. De wetenschappers hebben daar inmiddels de verklaring voor gevonden. Kort voordat de druppel inslaat, stijgt de luchtdruk onder de druppel. Er ontstaat dan eerst een 'dimple'. Die vervormt door de oppervlaktespanning tot een bel.

Bel soms handig
Voor de meeste toepassingen is zo'n bel lastig, omdat daardoor het contact tussen oppervlak en druppel vermindert. Maar sommige toepassingen hebben juist baat bij zo'n bel, bijvoorbeeld omdat de optische eigenschappen van de druppel veranderen. De wetenschappers weten inmiddels door de combinatie van de experimentele, numerieke en theoretische studies onder welke omstandigheden de bel onder de druppel maximaal is.

Nadere informatie
Velocity Profile inside Piezoacoustic Inkjet Droplets in Flight: Comparison between Experiment and Numerical Simulation , Arjan van der Bos, Mark-Jan van der Meulen, Theo Driessen, Marc van den Berg, Hans Reinten, Herman Wijshoff, Michel Versluis, and Detlef Lohse , Phys. Rev. Applied 1, 014004 , 27 February 2014.
APS physics
Nature