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慧正資訊：近日，立邦集團研發與東京大學研究生院工學部合作的研究項目，榮獲了第44屆超聲波電子學研討會（USE2023*1）最佳論文獎。
該研究建立了一個全新的理論框架，用于測量涂覆在基底上的液滴的物理特性。這一突破成果能夠精確追蹤液滴特性隨時間的變化，克服了傳統方法的局限性，為創新涂料開發奠定了基礎。
研究背景
噴涂作為一種廣泛使用的涂料技術，通過將直徑為幾十微米的液滴噴涂到基材上，干燥后形成涂層。雖然通過控制涂料的粘度和表面張力等關鍵特性，可以優化涂裝過程和最終涂層外觀，但現有技術無法有效測量噴涂后液滴的物理性質，導致涂料研發工作難以準確把握影響涂層質量的關鍵變化。本研究通過建立測量基底上液滴物理性質的理論框架并設計專用測量設備，為創新涂料開發奠定了基礎。
研究內容
在研究中，研究團隊創新性地通過水平擺動基底誘導液滴產生剪切變形，再利用極坐標系表示液滴的表面矢量，并通過微分幾何計算其表面積。此外，通過分析流動動能和求解拉格朗日方程，成功推導出液滴振蕩頻率與其表面張力之間的關系。研究還證明，當振蕩頻率明顯高于阻尼常數時，液滴的能量與振幅的平方成正比。同時，建立了阻尼常數與粘度之間的關系，表明單位時間內的能量耗散率與粘度和剪切率的平方成正比。
由于現有設備無法測量本研究中得出的液滴水平振蕩行為，我們開發了專用測量設備。通過利用刀刃法檢測液滴振蕩位移，實現了每秒約10,000次的高時間分辨率位移測量，能夠實時跟蹤幾百赫茲范圍內的振蕩行為，并可適應更高頻率的振蕩。通過實驗驗證，理論值與實驗測量結果呈現高度一致性，充分證明了理論的正確性。研究還成功測量了溶劑蒸發引起的表面張力隨時間的變化。
實驗設備和驗證數據圖像
未來展望
基于液滴的噴涂和噴射技術不僅在涂料行業有廣泛應用，還涵蓋了噴墨打印、醫療應用（例如向細胞輸送微液滴藥物）等領域。本研究中開發的基底液滴水平振蕩方法具有超越涂料制造的廣泛應用潛力。展望未來，研究團隊將繼續改進設備性能，拓展其測量更多液滴物理性質的能力，進一步推動相關技術的發展。
立時集團兼立邦汽車涂料全球CTO洪江博士表示：“ 立邦全球始終將基礎研究視為科技創新的源泉。基于開放創新的戰略思維，采用產學研深度融合的創新模式，我們致力于在涂料施工應用研發領域實現底層技術突破，持續推動技術轉型，領航產業升級。”
本項研究是東京大學與立邦為期五年的"創造創新涂料技術"社會合作計劃的重要組成部分。該計劃是雙方產學合作協議的一項重要舉措，旨在推動涂料技術的進步，合作期限從2020年10月1日至2025年9月30日。
*1 USE最佳論文獎：USE2023最佳論文獎授予在第44屆超聲波電子學研討會上發表優秀論文的研究人員或研究小組。該獎項旨在表彰有望推動超聲波科學和技術取得重大進展的研究成果。獲獎者由研討會指導委員會根據預先確定的評選標準，通過嚴格的評估程序選出。
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