電流體動(dòng)力學(xué)（Electrohydro Dynamics，簡(jiǎn)稱(chēng)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)的重要基礎內容，以較低能耗可獲得大量精細小、單分散性好、可控性強、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。

靜電霧化及其應用過(guò)程匯總產(chǎn)生的復雜荷電多相流動(dòng)，廣泛存在著(zhù)荷電液滴的變形，破碎、融合及分離等重要現象，其耦合場(chǎng)下的電流體動(dòng)力學(xué)特性極為復雜，特別是射流模式的穩定性問(wèn)題、荷電液滴相間的動(dòng)力學(xué)行為研究具有極大應用潛力和價(jià)值。目前，帶電液滴不融合的研究和應用是電流體動(dòng)力學(xué)的熱門(mén)話(huà)題，在該研究領(lǐng)域存在的突出難題是，無(wú)法在秒級尺度觀(guān)察帶電液滴不融合的現象，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)的信息僅用于加強對本公開(kāi)的背景的理解，因此可以包括不構成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現有技術(shù)的信息。

發(fā)明內容

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

為實(shí)現上述目的，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控系統。

一種基于開(kāi)放環(huán)境下帶電液滴不融合調控系統，包括直流高電壓源，注射泵，毛細管探針，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，當電場(chǎng)力與流體鞘應力達到平衡態(tài)時(shí)，使其在毛細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管探針中；

所述毛細管探針尖端設置有微米級的孔結構，使流體層流轉變?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、所述毛細管探針?lè )譃槊毠芴结樢缓兔毠芴结樁?，所述直流高電壓源一施加電壓于所述毛細管探針一，所述直流高電壓源二施加電壓于毛細管探針二，所述毛細管探針一和毛細管探針二的尖端之間留有縫隙。

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

進(jìn)一步的，所述毛細管探針內徑尺寸為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控系統的控制方法，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)輸送泵輸入毛細管探針，并在毛細管探針尖端施加直流高電壓源；

S3，調節直流高電壓源極性和電壓值，設置輸送泵流速，調節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，使半月板橋持續數秒至數分鐘時(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中毛細管探針內徑尺寸為100-350μm，毛細管探針尖端距離為15-70μm，毛細管探針間夾角為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，顆粒數平均分布為50-1000之間。

進(jìn)一步的，S3中兩支毛細管探針?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定泰勒錐與電噴霧形成帶電微液滴的臨界狀態(tài)，正負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差的作用下形成電泳現象，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，結合在電流體動(dòng)力學(xué)調控的基礎上，形成開(kāi)放環(huán)境下不同極性帶電流體的不融合系統和控制方法，所述高電壓用于借助流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，在探針尖端對液體當電場(chǎng)力與流體鞘應力達到平衡態(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)調控一定的流速泵入毛細管探針中，并在特定流速驅動(dòng)下，對液體進(jìn)行傳輸并在液體層流區賦予電場(chǎng)的特性。

借助探針尖端微米級的孔結構，在流體層流轉變?yōu)橥牧鬟^(guò)程中形成具有渦流擾動(dòng)效應的鞘應力對抗電場(chǎng)應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差的作用下形成電泳現象，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)效應和物質(zhì)變化效應，其中能量場(chǎng)效應來(lái)源于直流高電壓的聯(lián)通效應，物質(zhì)變化效應來(lái)源于在電勢場(chǎng)作用下物質(zhì)的定向遷移。

能量場(chǎng)效應和物質(zhì)變化效應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。

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

與現有技術(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)現了不同極性帶電液滴秒級不融合，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)的高效轉運，從而進(jìn)一步拓展了帶電液滴不融合的進(jìn)一步應用潛力。具體如下：

本發(fā)明通過(guò)在開(kāi)放環(huán)境下水平設置具有噴霧功能的毛細管探針，可有效排除重力因素介導的帶電液滴不融合現象，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力，簡(jiǎn)化了理論建構分析因素。

本發(fā)明首次通過(guò)高速相機在秒到分鐘時(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移特性，在能量傳遞和物質(zhì)傳送方面具有潛在應用。

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