CN115979901B - 基于离心机平台产生的变力场进行电润湿实验研究的*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体力学研究领域，涉及一种基于离心机平台产生的变力场进行电润湿实验研究的***。本发明包括离心机平台；所述离心机平台包括：驱动组件和转盘组件；转盘组件上放置有实验模块；实验模块包括工质储存单元、注液器单元、基础电润湿实验单元和电润湿液滴输运实验单元；驱动组件驱动转盘组件转动，为转盘组件上的各个单元提供变力场环境；工质储存单元存储实验中用到的工质流体；注液器单元将工质储存单元中的工质流体注入到基础电润湿实验单元或/和电润湿液滴输运实验单元中；基础电润湿实验单元进行变力场下的基础电润湿实验；电润湿液滴输运实验单元进行变力场下液滴输运实验。本发明为研究电润湿提供了一个变力场实验平台。

Description

基于离心机平台产生的变力场进行电润湿实验研究的***

技术领域

本发明涉及地基流体力学实验及空间科学实验的领域，具体地涉及一种基于离心机平台产生的变力场进行电润湿实验研究的***。

背景技术

毛细与界面现象广泛存在于日常生活和工程应用中。在地面上，表面张力的作用随流动尺度的减小逐渐凸显，当流动空间达到毛细尺度以下，表面张力作用将大于重力影响。同时随着雷诺数减小，粘性作用和流动阻力显著增加，靠外部压力差驱动流体变得非常低效。在空间微重力环境下，由于重力缺失，表面张力和毛细现象显得更加重要。此时表面张力对流体的驱动作用不再受限于空间尺度，它在大空间中两相界面与壁面接触的位置，仍会引起流体的爬升和运动。因此，表面张力是空间微重力环境及变重力下流体管理、输运、气液相分离唯一的有效驱动力。当前，毛细与界面现象也是国际上和我国流体力学实验中开展的重点研究内容。

值得强调的是，随着空间航天器热管理、流体管理、月面资源开发与利用等过程对流体定向输运及其精准操控等需求不断明确，需进一步深入考虑界面的主动控制方法与操控理论。电润湿现象即是这样一种方法，它通过引起流体表面力的不平衡，驱动界面变形、并控制流体运动。因此，主动电润湿过程是一种精致的流体输运和界面形态操控手段，这种技术在地面和空间环境下都会有巨大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于离心机旋转平台的电润湿实验研究***，该***利用离心机旋转平台，进行基础电润湿实验和电润湿液滴输运实验，为研究基础电润湿的运动机理、电润湿下液滴输运的宏观规律、观测两相界面与三相接触状态的动态变化提供一个较好的实验平台。

为达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现。

本发明提出了一种基于离心机平台产生的变力场进行电润湿实验研究的***，所述***包括：离心机平台；所述离心机平台包括：驱动组件和转盘组件；

所述转盘组件上放置有实验模块；所述实验模块包括：工质储存单元、注液器单元、基础电润湿实验单元和电润湿液滴输运实验单元；

所述驱动组件，用于驱动转盘组件转动，为转盘组件上的实验单元提供变力场环境；

所述工质储存单元，用于存储实验中用到的工质流体；

所述注液器单元，用于将工质储存单元中的工质流体注入到基础电润湿实验单元或/和电润湿液滴输运实验单元中；

所述基础电润湿实验单元，用于进行变力场下的电润湿液滴驱动实验，即通过改变施加在电极板的电压幅值和波形，从而驱动电极板上的液滴运动；

所述电润湿液滴输运实验单元，用于进行变力场下液滴输运实验，即通过改变连续电极的激活顺序，从而驱动液滴输运。

作为上述技术方案的改进之一，所述离心机平台还包括支撑组件；所述支撑组件包括：离心机控制模块、电源模块和通讯模块；其中，

所述离心机控制模块，用于控制离心机平台，包括转盘组件的启停和转速；并向实验模块提供指令，包括：启动实验、控制注液器和废液收集；

所述电源模块，用于提供电源；

所述通讯模块，用于与离心机平台和实验模块通讯，传输实验过程中的数据和指令。

作为上述技术方案的改进之一，所述转盘组件左右两端的控制模块和实验模块具有相同的重量，两模块重心位置相对一致，且距离中心点距离相等，即对称分布，从而保持离心机平台的平衡。

作为上述技术方案的改进之一，所述实验模块还包括：实验控制单元、图像采集单元和废液收集单元；其中，

所述实验控制单元，用于启动实验、控制注液器单元和废液收集单元、调节电润湿实验过程中所需要的电压、与离心机平台进行信息交换，同时将离心机平台提供的电源电压转换为实验模块所需要的各种电压；

所述图像采集单元，用于拍摄、录制电润湿液滴驱动和电润湿液滴输运的实验过程；

所述废液收集单元，用于在实验结束之后，收集已完成实验的液滴，以便于开展下一个液滴的实验。

作为上述技术方案的改进之一，所述实验控制单元，包括：电源转换子单元、信息交换子单元、控制实验过程子单元和数据采集子单元；其中，

所述电源转换子单元，用于将离心机平台提供的电压分别转换为废液收集单元所需的电压和实验控制单元所需要的电压；

所述信息交换子单元，用于接收离心机平台的指令，并将实验数据传送给实验模块；

所述控制实验过程子单元，用于控制整个实验过程，包括：开启实验过程、控制注液器注液、控制相机开始拍照、输出并调节电润湿过程中施加给工质液滴的电压、控制整个电润湿液滴驱动及液滴输运的实验过程和废弃液滴收集；

所述数据采集子单元，用于采集实验过程中的数据，包括温度数据、压力数据、过程控制数据。

作为上述技术方案的改进之一，所述图像采集单元，包括光源、微观视场观测相机和宏观视场观测相机；其中，

所述光源，用于为基础电润湿实验单元和电润湿液滴运输实验单元提供照明，使相机清晰地拍摄、录制实验过程；

所述微观视场观测相机，包括多方位的微观摄像机，用于多方位进行电润湿液滴驱动实验的清晰拍摄和录制；

所述宏观视场观测相机，包括多方位的宏观摄像机，用于多方位进行电润湿液滴输运实验的宏观拍摄和录制。

作为上述技术方案的改进之一，所述废液收集单元，包括废液存储罐、海绵和风扇；其中，

所述废液存储罐，用于存储电润湿液滴驱动实验和电润湿液滴输运实验结束后的液滴，防止污染；

所述海绵，用于吸附电润湿液滴驱动实验和电润湿液滴输运实验之后的废弃液滴，使液滴顺利进入废液存储罐中；

所述风扇，用于将基础电润湿实验单元中的液滴吹到吸附海绵上；电润湿液滴输运实验单元的液滴依靠激活电极开关将其驱动到吸附海绵上。

作为上述技术方案的改进之一，所述基础电润湿实验单元，包括：第一透明实验腔、第一实验台、第一底部基板和液滴；其中，

所述第一实验台，用于为电润湿液滴驱动实验提供实验环境；

所述第一底部基板，包括第一基底、电极层、第一介电层和第一疏水层，用于盛放实验所需的液滴，并为液滴的运动提供驱动力；

在进行电润湿液滴驱动实验时，液滴与底部基板形成电势差产生电润湿效应。

作为上述技术方案的改进之一，所述电润湿液滴输运实验单元，包括：第二透明实验腔、第二实验台、第二底部基板和液滴；其中，

所述第二实验台，用于为电润湿液滴输运实验提供实验环境；

所述第二底部基板，包括第二基底、多个梳妆电极、第二介电层、第二疏水层，通过控制相邻电极的开关，用于为液滴输运提供驱动力；

在进行电润湿液滴输运实验时，液滴盛放于第二底部基板上，且液滴的基径至少位于两个电极上，实现从第二透明实验腔的一段输运到另一段。

作为上述技术方案的改进之一，所述注液器单元，包括：微注液泵、电磁阀和针头；其中，

所述微注液泵，与工质存储单元连接，用于将工质存储单元中的工质液体注入到基础电润湿实验单元或/和电润湿液滴输运实验单元；

所述电磁阀，用于控制是否向基础电润湿实验单元或/和电润湿液滴输运实验单元注入液体及注入液体的体积；当实验开始前，电磁阀打开一定时间，为基础电润湿实验单元或/和电润湿液滴输运实验单元注入一定量的液体；当注液结束后，关闭电磁阀开关；

所述针头，位于实验腔的底部基板中，用于将工质存储单元提供的液体以液滴的形式注入到实验腔的底部基板上。

本发明与现有技术相比优点在于：

1、本发明利用离心机旋转平台进行不同力场下的电润湿实验，为研究基础电润湿的运动机理、电润湿下液滴输运的宏观规律、观测两相界面与三相接触状态的动态变化提供了一个全新的可变力场实验平台；

2、本发明所提出的***与现有技术相比，可以在变力场环境下研究电润湿的运动机理，完成基于电润湿的液滴输运过程，可以使科研人员研究不同作用力条件对电润湿运动的影响。其主要应用目标是太空中流体的有效管理。

附图说明

图1是本发明模型；

图2是本发明结构框图；

图3是本发明基础电润湿单元截面图；

图4是本发明电润湿液滴输运实验梳妆电极；

图5是本发明实验单元基板结构；

图6是本发明的离心机旋转平台结构图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于离心机旋转平台产生的变力场进行电润湿实验研究的***，该***法涉及流体力学研究领域。所述***包括：离心机平台（包括：支撑组件、驱动组件、转盘组件）和实验单元（包括：实验控制单元、图像采集单元、工质储存单元、注液器单元、基础电润湿实验单元、电润湿液滴输运实验单元、废液收集单元）。

本发明的一种基于离心机旋转平台的变力场电润湿实验研究***，所述***包括：

离心机平台（包括：支撑组件、驱动组件、转盘组件）和实验单元（包括：实验控制单元、图像采集单元、工质储存单元、注液器单元、基础电润湿实验单元、电润湿液滴输运实验单元、废液收集单元）；其中，

所述支撑组件，用于为其他组件提供控制指令、数据通讯和驱动电源，实现对各实验单元离心机转速控制，供电开关控制，指令、数据通信等功能；

所述驱动组件，用于驱动转盘组件转动，为转盘组件上的各个实验单元提供变力场环境；

所述转盘组件，用于放置实验单元和实验控制单元，其中，实验单元和控制单元分别放置于转盘的两端；

所述实验控制单元，用于启动实验、控制注液器单元和废液收集单元、调节电润湿实验过程中所需要的电压、与离心机旋转平台进行信息交换，同时将离心机旋转平台提供的电源电压转换为电润湿模块所需要的各种电压等；

所述图像采集单元，用于拍摄、录制基础电润湿和电润湿液滴输运的实验过程，便于后期查看实验过程回放及科研人员的研究工作；

所述工质储存单元，用于存储实验中用到的工作流体，其存储的工作流体可一次进行上千次实验；

所述注液器单元，用于将工质存储单元中的工质流体注入到基础电润湿实验单元和电润湿液滴输运实验单元中；

所述基础电润湿实验单元，为透明的方形实验腔，用于进行变力场下的基础电润湿实验；

所述电润湿液滴输运实验单元，为透明的长方形实验腔，用于进行变力场下液滴输运实验；

所述废液收集单元，用于在实验结束之后，收集用于实验的液滴，以便于开展下一个液滴的实验。

所述支撑组件，包括离心机控制模块，电源模块和通讯模块；其中，

所述离心机控制模块，用于控制离心机旋转平台的启动、转速，并向实验单元中的控制单元提供启动实验、控制注液器、废液收集等指令，实现对动平衡模块的控制；

所述电源模块，用于为离心机旋转、实验单元等提供电源；

所述通讯模块，用于与离心机的驱动组件、实验单元的控制模块通讯，传输实验所需的数据/指令及实验过程中拍摄的图像数据。

所述驱动组件，包括电机和电机控制器；其中，

所述电机，用于为离心机的运动提供动力，通过电机转速的快慢可以控制转盘的转速，从而为实验单元提供不同的离心力；

所述电机控制器，与转盘组件连接，用于为转盘组件上的各个实验单元提供旋转驱动所需的能量。

所述转盘组件，包括用于放置实验单元和实验控制单元单元的平台，其左右两端的控制模块和实验模块具有相同的重量，两模块重心位置相对一致，且距离中心点距离相等，即对称分布，从而保持离心机平台的平衡；

所述转盘组件，用于放置实验中所需的模块，并在电机驱动下进行围绕定点的转动，从而为实验提供一个变力场环境。

所述实验控制单元，包括电源转换功能，信息交换功能，控制实验过程，数据采集功能；其中，

所述电源转换功能，用于将离心机旋转平台提供的一次电压转换为废液收集装置所需的电压和控制***所需要的电压；

所述信息交换功能，用于接收离心机旋转平台的指令，并将实验数据传送给实验模块；

所述控制实验过程，用于开启实验过程、控制注液器注液、控制相机开始拍照、输出并调节电润湿过程中施加给工质液滴的电压、控制整个基础电润湿及液滴输运的实验过程、废弃液滴收集等；

所述数据采集功能，用于采集实验过程中的数据，包括温度数据、压力数据、过程控制数据（控制***中的电压和电流）等。

所述图像采集单元，包括光源、微观视场观测相机和宏观视场观测相机；其中，

所述光源，用于为基础电润湿实验单元和电润湿液滴运输实验单元提供照明，使相机可以清晰地拍摄、录制其实验过程；

所述微观视场观测相机，包括多方位（侧面、顶部）的微观摄像机，用于多方位采集基础电润湿实验的清晰拍摄和录制；

所述宏观视场观测相机，包括多方位（侧面、顶部）的宏观摄像机，用于多方位采集电润湿液滴输运实验的宏观拍摄和录制。

所述工质储存单元，包括两个相同大小的贮箱，其中，

所述贮箱，其本质是一个储液罐，两个贮箱分别用于为基础电润湿实验和电润湿液滴输运实验提供液体。

所述注液器单元，包括微注液泵、电磁阀和针头；其中，

所述微注液泵，与工质存储单元连接，用于帮助贮箱为实验提供液体；

所述电磁阀，用于控制是否向实验腔注入液体及注入液体的体积；当实验开始前，电磁阀打开一定时间，为实验腔注入一定量的液体；当注液结束后，关闭电磁阀开关；

所述针头，位于实验腔底板中，用于将贮箱提供的液体以液滴的形式注入到实验腔底板上。

所述基础电润湿实验单元，包括实验台、底部基板、液滴；其中，

所述实验台，用于为基础电润湿实验提供实验环境；

所述底部基板，包括基底、电极层、介电层、疏水层，用于盛放实验所需的液滴，并为液滴的运动提供驱动力；

所述液滴，用于与底部基板形成电势差产生电润湿效应。

所述电润湿液滴输运实验单元，包括实验台、底部基板、液滴；其中，

所述实验台，用于为电润湿液滴输运实验提供实验环境；

所述底部基板，包括基底、多个梳妆电极、介电层、疏水层，通过控制相邻电极的开关，用于为液滴输运提供驱动力；

所述液滴，盛放于底部基板上，其基径至少位于两个电极上，用于从实验腔的一段输运到另一段。

所述废液收集单元，包括废液存储罐、海绵、风扇；其中，

所述废液存储罐，用于存储实验结束后的液滴，防止其污染后续的实验；

所述海绵，用于吸附实验之后的废弃液滴，使液滴顺利进入废液存储罐中；

所述风扇，用于将基础电润湿实验单元中的液滴吹到吸附海绵上；电润湿液滴输运实验单元的液滴靠激活电极开关将其驱动到吸附海绵上。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，为本发明***的模型图；如图2所示，为本发明***的具体组成框图。本发明***包括：

离心机平台（包括：支撑组件、驱动组件、转盘组件）和实验单元（包括：实验控制单元、图像采集单元、工质储存单元、注液器单元、基础电润湿实验单元、电润湿液滴输运实验单元、废液收集单元）；其中，

所述支撑组件，用于为其他组件提供控制指令、数据通讯和驱动电源，实现对各实验单元离心机转速控制，供电开关控制，指令、数据通信等功能；

所述驱动组件，用于驱动转盘组件转动，为转盘组件上的各个实验单元提供变力场环境；

所述转盘组件，用于放置实验单元和实验控制单元，其中，实验单元和控制单元分别放置于转盘上与中心等距离的两端；

所述实验控制单元，用于启动实验、控制注液器单元和废液收集单元、调节电润湿实验过程中所需要的电压、与离心机旋转平台进行信息交换，同时将离心机旋转平台提供的电源电压转换为电润湿模块所需要的各种电压等；

所述图像采集单元，用于拍摄、录制基础电润湿和电润湿液滴输运的实验过程，便于后期查看实验过程回放及科研人员的研究工作；

所述工质储存单元，用于存储实验中用到的工作流体，其存储的工作流体可一次进行上千次实验；

所述注液器单元，用于将工质存储单元中的工质流体注入到基础电润湿实验单元和电润湿液滴输运实验单元中；

所述基础电润湿实验单元，为透明的方形实验腔，用于进行变力场下的基础电润湿实验；

所述电润湿液滴输运实验单元，为透明的长方形实验腔，用于进行变力场下液滴输运实验；

所述废液收集单元，用于在实验结束之后，收集用于实验的液滴，以便于开展下一个液滴的实验。

所述离心机控制模块，用于控制离心机旋转平台的启动、转速，并向实验单元中的控制单元提供启动实验、控制注液器、废液收集等指令，实现对动平衡模块的控制；

所述电源模块，用于为离心机旋转、实验单元等提供电源，其输出为一次电压；

所述通讯模块，用于与离心机的驱动组件、实验单元的控制模块通讯，传输实验所需的数据/指令及实验过程中拍摄的图像数据。

所述电机，用于为离心机的运动提供动力，通过电机转速的快慢可以控制离心机的转速，从而为实验单元提供不同的离心力；

所述离心机，与转盘组件连接，用于为转盘组件上的各个实验单元提供离心力。

所述实验单元，用于放置实验中所需的模块，从而为实验提供一个变力场环境。

所述实验控制单元，包括电源转换功能，信息交换功能，控制实验过程，数据采集功能；其中，

所述电源转换功能，用于将离心机旋转平台提供的一次电压转换为废液收集装置所需的24V电压和控制***所需要的3.3V、5V、12V电压；

所述信息交换功能，用于接收变重力实验柜的指令，将实验数据传送给离心机旋转平台；

所述控制实验过程，用于开启实验过程、控制注液器注液、发送需要拍照的指令给离心机旋转平台、离心机旋转平台启动相机开始拍照、输出并调节电润湿过程中施加给工质液滴的电压、控制整个基础电润湿及液滴输运的实验过程、废弃液滴收集等；

所述数据采集功能，用于采集实验过程中的数据，包括温度数据、压力数据、过程控制数据（控制***中的电压和电流）等。

所述图像采集单元，包括光源、微观视场观测相机和宏观视场观测相机；其中，

所述光源，用于为基础电润湿实验单元和电润湿液滴运输实验单元提供照明，使相机可以清晰地拍摄、录制其实验过程；

所述微观视场观测相机，包括多方位（侧面、顶部）的微观摄像机，用于多方位采集基础电润湿实验的拍摄和录制，其最小视场为20mm×20mm，空间分辨率15μm，采集速率50fps；

所述宏观视场观测相机，包括多方位（侧面、顶部）的宏观摄像机，用于多方位采集电润湿液滴输运实验的拍摄和录制，其视场为200mm×70mm，空间分辨率为90μm，采集速率50fps。

所述工质储存单元，包括两个相同大小的贮箱，其中，

所述贮箱，其本质是一个储液罐，直径为50mm，长度为100mm，储液量约为0.2升，两个贮箱分别用于为基础电润湿实验和电润湿液滴输运实验提供液体。

所述注液器单元，包括微注液泵、电磁阀和针头；其中，

所述微注液泵，与工质存储单元连接，用于帮助贮箱为实验提供液体；

所述电磁阀，用于控制是否向实验腔注入液体及注入液体的体积；当实验开始前，电磁阀打开一定时间，为实验腔注入一定量的液体；当注液结束后，关闭电磁阀开关；

所述针头，位于实验腔底板中，用于将贮箱提供的液体以液滴的形式注入到实验腔底板上。

如图3所示，为本发明的基础电润湿实验单元截面图。所述基础电润湿实验单元，包括实验台、底部基板、液滴；其中，

所述实验台，用于为基础电润湿实验提供实验环境；

所述底部基板，包括基底、电极层、介电层、疏水层，用于盛放实验所需的液滴，并为液滴的运动提供驱动力；

所述液滴，用于与底部基板形成电势差产生电润湿效应。

所述电润湿液滴输运实验单元，包括实验台、底部基板、液滴；其中，

所述实验台，用于为电润湿液滴输运实验提供实验环境；

所述底部基板，包括基底、6-10个梳妆电极、介电层、疏水层，通过控制相邻电极的开关，用于为液滴输运提供驱动力；如图4所示，是本发明电润湿液滴输运实验梳妆电极图。如图5所示，是本发明实验单元基板（包括基础电润湿实验单元的底部基板和电润湿液滴输运实验单元的底部基板）结构示意图；其中，由下到上依次包括：基底材料、电极材料、介电材料和亲/疏水材料。在其实验时，工作流体和环境流体形成相界面。

所述液滴，盛放于底部基板上，其基径至少位于两个电极上，用于从实验腔的一段输运到另一段。

所述废液收集单元，包括废液存储罐、海绵、风扇；其中，

所述废液存储罐，用于存储实验结束后的液滴，防止其污染后续的实验；

所述海绵，用于吸附实验之后的废弃液滴，使液滴顺利进入废液存储罐中；

所述风扇，用于将基础电润湿实验单元中的液滴吹到吸附海绵上；电润湿液滴输运实验单元的液滴靠激活电极开关将其驱动到吸附海绵上。

实施例1

本发明的实施例1提供了一种基于离心机旋转平台（如图6所示，是本发明的离心机旋转平台示意图）的基础电润湿实验的研究方法，该方法可以针对不同尺度的液滴、不同工作流体进行基础电润湿实验，研究基础电润湿的运动机理、观测两相界面与三相接触角状态的动态变化。具体步骤如下：

（1）通过离心机旋转平台控制器设置参数（液滴大小、加速度大小、实验流程表等），并为控制单元提供指令，开始实验。

（2）开启控制基础电润湿实验单元的电磁阀及微注液泵，通过针头在基础电润湿实验单元中产生一个设置大小的液滴，关闭电磁阀及微注液泵。

（3）打开光源，调节微观视场观测相机的位置，使液滴位于相机的中心。

（4）为基础电润湿实验单元施加电压，同时打开相机录制开关，录制电润湿现象。

（5）一定时间后关闭基础电润湿实验单元电压，录制液滴卸电后的运动过程。

（6）发送实验结束指令，关闭微观视场观测相机开关，并将拍摄的视频通过控制单元传输给离心机旋转平台控制器。

（7）使用风扇将液滴吹到有回收装置的一侧，将液滴吸入废液存储罐中，完成液滴的回收。

实施例2

本发明的实施例2提供了一种基于离心机旋转平台的电润湿液滴输运实验的研究方法，该方法可以针对不同尺度的液滴、不同工作流体进行液滴输运实验，研究电润湿下液滴输运的宏观规律。具体步骤如下：

（1）通过离心机旋转平台控制器设置参数（液滴大小、电极激活时间、加速度大小（力的大小）、实验流程表等），并为控制单元提供指令，开始实验。

（2）开启控制电润湿液滴输运实验单元的电磁阀及微注液泵，通过针头（实验腔的一段）在电润湿液滴输运实验单元中产生一个设置大小的液滴（液滴的基径至上在两个电极上），关闭电磁阀及微注液泵。

（3）打开光源，调节宏观视场观测相机的位置，使相机可以清晰、完整地拍摄到电润湿液滴输运实验单元。

（4）通过实验指令表按顺序操作电极（激活和关闭），同时打开相机录制开关，录制液滴输运过程。

（5）通过图像处理手段检测液滴位置，当液滴输运到实验腔另一段时，发送实验结束指令，关闭宏观视场观测相机开关，并将拍摄的视频通过控制单元传输给离心机旋转平台控制器。

（6）通过控制电极开关，将液滴驱动废液存储罐的海绵中，完成液滴的回收。

由上述可知，本发明的一种基于离心机旋转平台的电润湿实验研究方法，用于在离心机旋转平台上开展基础电润湿实验和电润湿液滴输运实验，便于科研人员研究基础电润湿的运动机理、电润湿下液滴输运的宏观规律、观测两相界面与三相接触状态的动态变化，解释电毛细动力学和强化流体输运的微观机理。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于离心机平台产生的变力场进行电润湿实验研究的***，其特征在于，所述***包括：离心机平台；所述离心机平台包括：驱动组件和转盘组件；

所述转盘组件上放置有实验模块；所述实验模块包括：工质储存单元、注液器单元、基础电润湿实验单元和电润湿液滴输运实验单元；

所述驱动组件，用于驱动转盘组件转动，为转盘组件上的实验单元提供变力场环境；

所述工质储存单元，用于存储实验中用到的工质流体；

所述注液器单元，用于将工质储存单元中的工质流体注入到基础电润湿实验单元或/和电润湿液滴输运实验单元中；

所述基础电润湿实验单元，用于进行变力场下的电润湿液滴驱动实验，即通过改变施加在电极板的电压幅值和波形，从而驱动电极板上的液滴运动；

所述电润湿液滴输运实验单元，用于进行变力场下液滴输运实验，即通过改变连续电极的激活顺序，从而驱动液滴输运；

所述基础电润湿实验单元，包括：第一透明实验腔、第一实验台、第一底部基板和液滴；其中，

所述第一实验台，用于为电润湿液滴驱动实验提供实验环境；

所述第一底部基板，包括第一基底、电极层、第一介电层和第一疏水层，用于盛放实验所需的液滴，并为液滴的运动提供驱动力；

在进行电润湿液滴驱动实验时，液滴与底部基板形成电势差产生电润湿效应;

所述电润湿液滴输运实验单元，包括：第二透明实验腔、第二实验台、第二底部基板和液滴；其中，

所述第二实验台，用于为电润湿液滴输运实验提供实验环境；

所述第二底部基板，包括第二基底、多个梳妆电极、第二介电层、第二疏水层，通过控制相邻电极的开关，用于为液滴输运提供驱动力；

在进行电润湿液滴输运实验时，液滴盛放于第二底部基板上，且液滴的基径至少位于两个电极上，实现从第二透明实验腔的一段输运到另一段;

所述注液器单元，包括：微注液泵、电磁阀和针头；其中，

所述微注液泵，与工质存储单元连接，用于将工质存储单元中的工质液体注入到基础电润湿实验单元或/和电润湿液滴输运实验单元；

所述电磁阀，用于控制是否向基础电润湿实验单元或/和电润湿液滴输运实验单元注入液体及注入液体的体积；当实验开始前，电磁阀打开一定时间，为基础电润湿实验单元或/和电润湿液滴输运实验单元注入一定量的液体；当注液结束后，关闭电磁阀开关；

所述针头，位于实验腔的底部基板中，用于将工质存储单元提供的液体以液滴的形式注入到实验腔的底部基板上；

所述离心机平台还包括支撑组件；所述支撑组件包括：离心机控制模块、电源模块和通讯模块，用于对整个离心机平台、实验单元控制单元进行控制及数据交换；其中，

所述离心机控制模块，用于控制离心机平台，包括转盘组件的启停和转速；并向实验模块提供指令，包括：启动实验、控制注液器和废液收集；

所述电源模块，用于提供实验所需的电源；

所述通讯模块，用于与离心机平台和实验模块通讯，传输实验过程中的数据和指令；

所述转盘组件左右两端的控制模块和实验模块具有相同的重量，两模块重心位置相对一致，且距离中心点距离相等，即对称分布，从而保持离心机平台的平衡；

所述实验模块还包括：实验控制单元、图像采集单元和废液收集单元；其中，

所述实验控制单元，用于启动实验、控制注液器单元和废液收集单元、调节电润湿实验过程中所需要的电压、与离心机平台进行信息交换，同时将离心机平台提供的电源电压转换为实验模块所需要的各种电压；

所述图像采集单元，用于拍摄、录制电润湿液滴驱动和电润湿液滴输运的实验过程；

所述废液收集单元，用于在实验结束之后，收集已完成实验的液滴，以便于开展下一个液滴的实验；

所述废液收集单元，包括废液存储罐、海绵和风扇；其中，

所述废液存储罐，用于存储电润湿液滴驱动实验和电润湿液滴输运实验结束后的液滴，防止污染；

所述海绵，用于吸附电润湿液滴驱动实验和电润湿液滴输运实验之后的废弃液滴，使液滴顺利进入废液存储罐中；

所述风扇，用于将基础电润湿实验单元中的液滴吹到吸附海绵上；电润湿液滴输运实验单元的液滴依靠激活电极开关将其驱动到吸附海绵上。

2.根据权利要求1所述的基于离心机平台产生的变力场进行电润湿实验研究的***，其特征在于，所述实验控制单元，包括：电源转换子单元、信息交换子单元、控制实验过程子单元和数据采集子单元，用于对实验单元进行控制及数据交换，并与支撑组件的控制模块进行通讯；其中，

所述电源转换子单元，用于将离心机平台提供的电压分别转换为废液收集单元所需的电压和实验控制单元所需要的电压；

所述信息交换子单元，用于接收离心机平台的指令，并将实验数据传送给实验模块；

所述控制实验过程子单元，用于控制整个实验过程，包括：开启实验过程、控制注液器注液、控制相机开始拍照、输出并调节电润湿过程中施加给工质液滴的电压、控制整个电润湿液滴驱动及液滴输运的实验过程和废弃液滴收集；

所述数据采集子单元，用于采集实验过程中的数据，包括温度数据、压力数据、过程控制数据。

3.根据权利要求1所述的基于离心机平台产生的变力场进行电润湿实验研究的***，其特征在于，所述图像采集单元，包括光源、微观视场观测相机和宏观视场观测相机；其中，

所述光源，用于为基础电润湿实验单元和电润湿液滴运输实验单元提供照明，使相机清晰地拍摄、录制实验过程；

所述微观视场观测相机，包括多方位的微观摄像机，用于多方位进行电润湿液滴驱动实验的清晰拍摄和录制；

所述宏观视场观测相机，包括多方位的宏观摄像机，用于多方位进行电润湿液滴输运实验的宏观拍摄和录制。

Images