402com永利1站: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

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:地理学家发明新型打印术,打印机格局可用来所有材料

打开开关,散落在水中的白色细小颗粒就像是突然听到了号召。它们“听话”地会聚在联合,在水中勾勒出了人们耳熟能详的图画——那是毕加索笔下的和平鸽。关掉开关,和平鸽的图腾又会收敛无形。

  一般的话,气泡破裂后会发生液滴,但在英帝国《自然·通信》杂志11日刊出的一项物医学探究中,中国数学家团队描述了一种逆向操作的章程——让液滴转变为气泡。

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402com永利1站 1经过决定声场中的声强大小可使有机硅(聚二甲基硅氧烷)颗粒形成和平鸽图形。颗粒直径为150μm。视频出自:参考文献1

据通晓,该成果推动找到液—液界面的支配方式,对软物质成立具有一定的运用价值。

不久前,新加坡国立高校的钻研人员发明了一种最新声波打印技术**:利用声波发生的力精确控制用于打印的液滴,将让喷墨式打印不再受资料限制,而且适用的打印材料范围前所未有地广泛。**

在水中让悬浮微粒“排好队”的,其实是声波。德意志联邦共和国马普商讨所的商讨人士创办了一种简单可行的声波控制形式,只须求一片特殊形状的3D打印塑料片,再增进一台不难的声响换能器,就足以控制声波落成水中“绘画”了。

声悬浮技术,是本土和空间条件下促成材料无容器处理的关键技术之一,声悬浮能让液滴在声波成效下漂流在半空中,是液滴动力学研讨的常用技术。

那项技能在最新生物制药、化妆品和食品创建行业有很大的选用潜力,也将给光学材料和导电材料领域的开拓进取也带动了新的可能。

那种新点子和现有技术相比较,具有精密度更高、速度更快、费用更低的亮点,该成果将促进立异医疗成像并推动超声的新利用。相关杂文于7月21日见报在《自然》期刊上\[1\]

而声压是大方压受到声波扰动后暴发的转变,即大方压强的余压,利用声压,物理学家可以把液滴压扁成很薄的液膜,并诱导屈曲现象,从而达成液滴的变形。

那项研商成果于 8 月 31
日刊载在盛名国际期刊《科学开展》(Science Advances)上。

声波怎么着成为“画笔”

动静的真相是振动,它们传递着能量。物经济学上认为声音,尤其是超声,可以像磁铁爆发磁场那样,爆发负有能量的“声场”。声场能将能量传递给其余物质,周星驰(英文名:zhōu xīng chí)壁画的影片《功夫》中,包租婆惊人的狮吼功就是传输声波能量爆发的杀伤力。

如果声场丰盛强,它就足以“隔空”操控液体或空气中的小微粒了。同时,作为一种波,声波也会时有暴发干涉、衍射,在声场中形成差别的能量密度分布。而以此能量分布图,就是“声全息图”。能量分布差距,对实体的震慑也有反差,于是,通过决定声场,就足以让里面的小物体排列成分歧的规范。

那种控制技能从前就曾经存在。数学家们会把一多如牛毛换能器排成阵列,分别控制它们输出的声波信号,以此来形成所需的声场。那样可以让小物体悬浮在声波驻波的波节附近,仍可以操纵它们活动。

402com永利1站 2原先,日本琢磨者用超声波相控阵列控制了小物体的三维移动。越来越多读书:酷炫动图(十):物理篇

不过,那种技能也面临一个问题:设备复杂、价格昂贵,而且要想完毕精细的主宰,输出声波的阵列就无法不做得越发错综复杂、设备数据越多,这就限制了技术的利用推广。

而那四次,马普商量所报纸发布的新办法只必要花几元钱的本金,就可以创立出一个娇小玲珑控制的声场。他们的三昧是一块计算机设计、3D打印的塑料片。

此次,中国西南外国语学院臧渡洋及其同事将这么些已阅览到的境况相结合,以对气泡的形成举办控制。

杂谈的报纸公布小编、斯坦福高校工程与应用科学大学(SEAS)的生物体工程学助教Jennifer 刘易斯(Lewis) 说:“大家表明的那种声波打印技术,利用了声波爆发的力,能根据须要打印任意的材料。”
刘易斯(Lewis) 助教也是爱荷华香槟分校高校威斯生物工程探讨所(Wyss Institute forBiologically
Inspired Engineering)的骨干教员。

八个步骤,画一只和平鸽

因此那种新格局画一只和平鸽,只须求以下几个步骤:

第一步,先选好想要的图纸。

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其次步:使用一种标准的测算方法——迭代角谱法(IASA),算出和平鸽的衍射图样,即将和平鸽图样转换为全息术能够分辨的“水波纹”。

402com永利1站 4迭代角谱方法(IASA)统计得出的和平鸽图案相位分布图
(2.06 MHz 超声波)。图片来源于:参考文献1

其三步:用3D打印机根据上一步计算出的“波纹”,打印出一块凹凸不平的塑料片。那塑料片的“波纹”看似杂乱,但其中所涵盖的,正是大家需要的一方平安鸽图案。

402com永利1站 5透射和平鸽图案全息图的塑料片(边长50mm)。图片来源于:参考文献1

第四步:把塑料片覆盖到换能器上。在塑料片相比厚的地点,声波要花更长日子才能经过。那样一来,换能器发出的声波在通过塑料片之后,原本平均的信号就会暴发“扭曲”,暴发差其余相位分布。

402com永利1站 6换能器爆发的声波通过塑料片转换为平面图像

第五步:经过转换之后,声波在水中传播。不均匀的声波在水中暴发了压力差。

402com永利1站 7切磋人士仿效出水受到的下压力大小数值,可以看看声压不均匀的遍布,黑色代表压力较大,而灰色部分代表压力小。

研究人口在水中放入一个装着有机硅小颗粒的透明器皿。打开开关,声压就会推进透明容器中的小颗粒。声压大的地位,就会把有机硅小颗粒从容器底器推举到容器顶部。最终,小微粒就排列出了与声压密度分布一致的“和平鸽”图案。

402com永利1站 8402com永利1站,“描绘”和平鸽的尝试装置立体结构图

除开平面图案,3维控制也一致不在话下。下图中,就演示了喷雾的小水珠在声场中飘浮,组成了立体绘画:

402com永利1站 9原视频来自:nature
video

同样,在规划好的声场中,一只小纸船也得以依据既定轨道游动。

402com永利1站 10原录像来自:nature
video

研讨集体先经过声辐射力将液滴压成薄片状的液膜,再经过超声场让液膜弯曲成碗状,内部为共振腔。切磋团体发现,共振会让腔体增加,并引导周围的液面弯曲,最终缩小成一个密闭的气泡。

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“声波画笔”还是能做哪些?

画和平鸽、开小纸船很有意趣,但那项技艺的用处可远不止于此。用简易、高效、神速的方法营造出一个复合声场,能沿特定路径移动液体中的固体,也足以将固体和液滴悬浮于空气中,这可以说在声学控制领域里成功了肯定范围和程度上的“无法无天”。经过改进后,这项技艺可以广泛应用到各类非接触式的资料处理当中。

自然,那项技术近年来最要害的利用方向依旧无损检测、医用超声波诊断以及诊治。基于其自我的三大优点可以使得加强诊疗成像水平和辅导新一轮的超声应用:例如落到实处对速度和精度需要更高的超分辨率成像、局部加热以及个体化用药等等。(编辑:窗敲雨)

探讨人口寓目到的这一进度,提出了一条形成气泡的新路径,而这一路子对于食物、化妆品及制药行业的泡沫等软物质制备具有隐秘的使用价值。回去微博,查看越多

图 |
在声波打印中,声波暴发可控的力,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,就像是从树上摘下一个个苹果。来源:Daniele
Foresti, 詹妮弗(Jennifer)(Jennifer) A. 刘易斯(Lewis)/Harvard University

参考资料:

  1. Kai Melde, Andrew G. Mark, Tian Qiu, Peer Fischer.Holograms for
    acoustics. Nature, 2016; 537 (7621): 518 DOI: 10.1038/nature19755

权利编辑:

从大自然乃至工业界,小小的液滴都有那多少个施用,比如油墨打印以及药品递送系统中用到的微胶囊。

喷墨打印(Inkjet
printing)**
是一种十分普遍的打印技术,通过将墨滴喷射到纸张、塑料或任何基座上来重建数字图像。打印机就是按照这一技艺。**

这一技巧的风味是只适用于那个粘度仅比水的粘度高约
10
倍的液体,不过其实很多研讨人口感兴趣的液体在粘度方面恰恰远比那要高。
譬如,在生物医药和生物打印中举足轻重的聚合物以及细胞混合液等海洋生物墨水,它们的粘度至少要比水高出
100 倍。别的,一些糖基的浮游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!

一派,这一个液体的粘度也会随着温度和成分的变型而暴发猛烈的成形,由此想要优化打印参数以控制液滴的尺码就变得越来越辛勤。

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