液滴與固體表面之間的碰撞行為是流體力學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題之一，常見于自然現(xiàn)象和多種工業(yè)應(yīng)用過程，如噴墨打印、農(nóng)藥噴灑、海水淡化廠水平管降膜蒸發(fā)過程中的液滴滴落。根據(jù)液滴本身條件（物性參數(shù)、撞擊速度、液滴尺寸等）、撞擊表面特性（親疏水性、微觀結(jié)構(gòu)、表面溫度等）以及外部因素干擾（微重力、電磁場、聲場等）的不同，液滴撞擊表面后會出現(xiàn)鋪展、回縮、反彈、破碎、飛濺等多種不同現(xiàn)象。液滴撞擊后的現(xiàn)象在不同工業(yè)場合中的需求不盡相同，因此確定影響液滴撞擊的關(guān)鍵參數(shù)，系統(tǒng)地分析液滴撞擊表面的復(fù)雜機(jī)制，使我們能夠?qū)崿F(xiàn)對液滴行為的更為精細(xì)的調(diào)控，從而有助于在不同工業(yè)應(yīng)用場景中，達(dá)成更高效更精確的控制效果。

在以往的研究中，眾多學(xué)者從液滴本身性質(zhì)和撞擊表面特性角度著手，而對外部因素的研究過少，還需進(jìn)一步探索外部因素干擾下的液滴撞擊表面的動力行為。電場作用下液滴撞擊固體表面的行為在靜電打印、微流控芯片技術(shù)、高壓輸電線結(jié)冰等領(lǐng)域受到了廣泛的應(yīng)用，深入探究這一行為不僅有助于推動電流體力學(xué)的理論發(fā)展，還能促進(jìn)其在實踐中的廣泛應(yīng)用。

目前國內(nèi)外學(xué)者通過三種外加電場的方式來研究液滴撞擊固體表面的動態(tài)行為：介質(zhì)電潤濕(EWOD)、帶電液滴撞擊、施加平行電場。EWOD是通過在基底嵌入電極來調(diào)節(jié)表面潤濕性，從而控制液滴的運(yùn)動。Kumar等通過在介質(zhì)上施加交流電潤濕(AC EWOD)來改變介質(zhì)表面的潤濕性，分析了不同頻率、不同電壓波形和不同液滴尺寸下電潤濕對液滴撞擊壁面特性的影響，得出電壓頻率對液滴擴(kuò)散的影響比電壓波形的影響更顯著，電潤濕效應(yīng)增強(qiáng)了液滴撞擊的鋪展效果，降低了液滴撞擊的回縮高度。

Tan等采用交流信號研究了不同頻率和幅值對基于EWOD液滴撞擊疏水表面后擴(kuò)散直徑和高度的變化，并繪制了液滴部分回彈與抑制回彈之間的電壓、頻率和韋伯?dāng)?shù)轉(zhuǎn)換圖。Zheng等將介質(zhì)電潤濕技術(shù)與高速攝像結(jié)合，確定了液滴的四種不同撞擊現(xiàn)象：沉積、液滴中包裹氣泡、射流和表面包裹氣泡，并總結(jié)了相應(yīng)的相圖，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)振蕩周期和阻尼率與韋伯?dāng)?shù)無關(guān)。與EWOD相比，帶電液滴撞擊基底的方案更適合工程應(yīng)用，由于自由電荷的存在，發(fā)現(xiàn)液滴在固體表面的沉積會增強(qiáng)。

Ryu等研究了電荷對液滴沖擊介質(zhì)基底擴(kuò)散的影響，得出帶電液滴最大擴(kuò)散直徑比中性液滴的大，并且隨著電荷比的增加，差異會變得更大，通過引入液氣和液固界面張力的相關(guān)性提出了改進(jìn)模型來預(yù)測帶電液滴的最大擴(kuò)散比。Deng等研究了帶電乙醇液滴在不同溫度的導(dǎo)電表面上的撞擊行為，發(fā)現(xiàn)撞擊后電荷的保留程度會影響液滴的動態(tài)行為，當(dāng)表面溫度低于液體沸點(diǎn)溫度時液滴蒸發(fā)速率增加，以及在Leidenfrost溫度下液滴反彈會被抑制。

Xu等在前人研究基礎(chǔ)上討論了帶電液滴在三種不同沸騰狀態(tài)下對熱銅基體的沖擊影響，并且建立了基于韋伯?dāng)?shù)、電荷比和潤濕性的帶電液滴最大擴(kuò)散比。與前兩種外加電場方式相比，施加平行電場的方式將電場的作用更全面地與流體力學(xué)相結(jié)合，觀察液滴撞擊的整個過程，尤其是噴射和回彈過程。噴射現(xiàn)象普遍存在于靜電噴涂或靜電紡絲工業(yè)中，對其進(jìn)行研究具有積極作用。

Liu等通過分子動力學(xué)模擬研究了納米水滴在外加垂直電場作用下對疏水表面的撞擊行為，得出在基底接地情況下液滴在撞擊后會產(chǎn)生相反的電荷，從而增大最大擴(kuò)散直徑，并且施加電場有助于納米液滴的彈跳。Tian等發(fā)現(xiàn)在外加電場作用下，液滴的空氣夾持過程和液滴與基體的初始接觸狀態(tài)會發(fā)生改變，當(dāng)電場達(dá)到一個臨界值，電應(yīng)力加速液滴底部附近的流動并迅速產(chǎn)生錐形尖端從而消除氣泡夾帶。Xu等將溫度和電場耦合進(jìn)一步研究了電場作用下液滴對熱基底的撞擊行為，結(jié)果表明在薄膜蒸發(fā)過程中電場會導(dǎo)致液體向上噴射，并且液滴增發(fā)速率提高，在膜沸騰狀態(tài)下液滴的反彈高度和滯留時間顯著增加。

綜上所述，對電場作用下液滴撞擊固體表面的研究大多數(shù)聚焦于鋪展直徑上，而液滴撞擊行為后發(fā)生的拉伸及噴射現(xiàn)象卻鮮有深入探討。本文采用施加平行電場的可視化實驗方法研究電場作用下液滴撞擊表面的動態(tài)行為，尤其是拉伸和噴射行為，并分析液滴撞擊過程中的電荷分布及其潛在的物理機(jī)理。通過改變液滴撞擊高度，確定了反映液滴撞擊模態(tài)、韋伯?dāng)?shù)與電毛細(xì)數(shù)之間關(guān)系的相圖，并進(jìn)一步觀察了液滴在不同潤濕性壁面的表現(xiàn)。