液体喷射产生的气体的实验研究动态虚拟喷嘴在电场的影响下gydF4y2Ba

1介绍gydF4y2Ba

连环飞秒结晶学(SFX) (gydF4y2Ba查普曼et al ., 2011gydF4y2Ba)利用飞秒光脉冲x射线所产生的自由电子激光(XFEL)产生的衍射模式晶体和洞察他们的内部分子结构。在一个特定的自解压的计划(gydF4y2BaStagno et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2BaGisriel et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba威廉姆森et al ., 2022gydF4y2Ba),蛋白质微晶核转移到x射线在液体中悬浮集中成一个薄的喷射。转移是通过使用气体动态虚拟喷嘴(GDVNs) (gydF4y2BaGanan-Calvo 1998gydF4y2Ba;gydF4y2BaDePonte et al ., 2008gydF4y2Ba),它由co-flowing雇佣力和扩大气体,创建一个虚拟的喷嘴,加速液体和聚焦喷嘴的直径。GDVNs现在一般3 d印刷使用双光子聚合(2页)的过程,使可再生的喷嘴制造具有复杂几何形状和亚微米精度(gydF4y2Ba纳尔逊et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2BaKnoška et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

应用需求的喷射特性需要继续调查改善GVDNs的设计和操作。欧洲XFEL基金的引入与兆赫脉冲频率需要非常快(∼100 m / s)和薄的飞机(1∼μm)至少50μm长度。这样的技术规格飞机带来了额外的挑战和刺激搜索非传统的解决方案。开创性的理论和实验的发展领域的电水动力学,特别是电喷射(gydF4y2BaGanan-Calvo Montanero, 2009gydF4y2Ba;gydF4y2BaGanan-Calvo et al ., 2018gydF4y2Ba),开辟了新的可能性流动领域的关注。通过应用一个电势之间的液体和外部电极,一个额外的力量被添加到喷射的轴线。电荷积累达到气液界面,从而加速飞机由于一个电场力的存在。混合业务方法的集中和加速飞机gas-focusing和电场可以提供另一种不切实际的小型化实现这一目标所需的稳定,瘦,长,高速战机。这部小说另类,飞机可以产生必要的特色,而不丢失系统的鲁棒性。空气动力学的理论研究稳定的泰勒锥(TC)战斗机(gydF4y2BaCruz-Mazo et al ., 2019gydF4y2Ba)的报告可能增加50%最大喷射速度和纯电喷射流聚焦,激励更多的关于这一主题的研究。gydF4y2Ba

本文报道第一气体流速的实验研究,样本液体流量和电势影响射流参数如长度、直径和喷射速度产生GDVN在电场的影响下。新的飞机操作模式不同于古典GDVN流也观察和讨论。目前发现感兴趣的未来SFX弱散射和其他对象的实验非常薄的飞机在哪里需要减少背景散射。gydF4y2Ba

2材料和方法gydF4y2Ba

2.1实验装置gydF4y2Ba

实验装置的设计和建造自由电子激光科学中心(CFEL)在汉堡,德国。这里所有的实验报告进行设置。安装设计的示意图所示gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba。括号中的数字在这一节中引用标记项gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba。GDVN(1)位于真空室(2),并安装在一个压电驱动阶段,允许四个自由度:三个程度的翻译和一个旋转的程度。涡轮泵(3)用于疏散室当测量飞机在真空环境中执行。电极(4)距离喷嘴与一个压电控制阶段。压电阶段也被用来定位计划复消色差的目的ELWD 20 x / 0.42(5)在三个正交方向。gydF4y2Ba

飞机被一个高分辨率的图像描述的非相干成像系统gydF4y2BaKnoška et al。(2020)gydF4y2Ba。5.5的系统包括Zyla sCMOS照相机(6)创纪录的100帧每秒的能力在5.5像素(FPS)。20 x目标、空间测量飞机是用0.31μm的决议。相机是由外部数字延迟发生器DG635(7),与照明同步。激光诱导荧光(iLIF)提供的照明是使用Quantel双脉冲激光与主Nd-YAG在532 nm波长在可见范围内。然而,激光只用于生产一个单脉冲曝光。发出的光吸收了罗丹明悬挂在可见光谱发射波长为568 nm。光学准直器/耦合器是用来捕获的若丹明场照明,这是转移进入真空室gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba光学纤维。光从一个光学反射镜(8)并提供spatially-incoherent短脉冲实验在真空室的照明。gydF4y2Ba

样液体,50% EtOH卷和H的混合物gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba啊,和两个高精度Nemesys注射器泵泵。在高压氮气是用于聚焦。高压与数字调压器,减少和质量流量测量Bronkhorst (f - 111 b - 200和500年)气体流量计。虚线和粗线gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba表示管道天然气和样本。gydF4y2Ba

高压电源(HCP空气里35 - 20000)生成电极间的电势和液体喷射(9)。30 W和1.5 mA,电源可以提供20 kV电压。一个电压极性是本研究中使用:正极就淹没在液体样品,和负电极位于下游的喷嘴。这个接触电极是一个钨杆直径200µm小费形成25°顶点的锥角。杆的顶端是圆的半径27.5µm。gydF4y2Ba

2.2喷嘴设计和无因次参数gydF4y2Ba

使用Nanoscribe光子GDVNs印专业GT双光子聚合打印机使用IP-S树脂沉积到0.5微米精度的ITO镀膜玻璃幻灯片。的详细描述喷嘴制造过程中可以找到(gydF4y2BaKnoška et al ., 2020gydF4y2Ba)在设备设计和制造部分。喷嘴的主要几何参数所示gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba。喷嘴展品特点突出的内在毛细管,携带样品液体(用S)。这种设计可以避免积累的带电液体外(气)漏斗(用NgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba),否则会扰乱喷射。gydF4y2Ba

样品和气体流率以无因次形式表达通过雷诺数。气体雷诺数定义为锥形环外径gydF4y2BaDgydF4y2Ba和表面正常的喷气速度矢量平行(环的横切面显示为橙色的线gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba)。样品和天然气雷诺数,再保险gydF4y2Ba_{年代gydF4y2Ba}和再保险gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba是由:gydF4y2Ba

与密度gydF4y2Ba $\mathrm{\rho gydF4y2Ba}$ 、速度gydF4y2Ba $\mathrm{vgydF4y2Ba}$ 、动态粘度gydF4y2Ba $\mathrm{\mu gydF4y2Ba}$ ,质量流率gydF4y2Ba $\stackrel{\dot{}gydF4y2Ba}{\mathrm{米gydF4y2Ba}}$ ,水力直径gydF4y2Ba ${\mathrm{DgydF4y2Ba}}_{\mathrm{hgydF4y2Ba}}$ 、湿周gydF4y2Ba $\mathrm{PgydF4y2Ba}$ ,指数gydF4y2Ba $\mathrm{ggydF4y2Ba}$ 和gydF4y2Ba $\mathrm{年代gydF4y2Ba}$ 分别表示气体和样本。此外,无因次射流长度gydF4y2Ba $\mathrm{lgydF4y2Ba}$ 表示为射流的长度之间的比率gydF4y2Ba $\mathrm{lgydF4y2Ba}$ 和之间的距离外电极和喷嘴的尖端gydF4y2Ba ${\mathrm{lgydF4y2Ba}}_{\mathrm{0gydF4y2Ba}}$ 在400年到500年之间,通常是μm:gydF4y2Ba

实验观察到的无量纲数的范围和电势gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

2.3自动化jet-shape-processing方法gydF4y2Ba

实验的微型大小代表测量的主要困难和限制,如准确的空间和时间gydF4y2Ba现场gydF4y2Ba测量速度、压力和温度。飞机扰动的混沌性质对飞机结构的改变在多个时间尺度。飞机不断变化的长度,长度波动一样大20% (gydF4y2BaGanan-Calvo et al ., 2019gydF4y2Ba)。因此,测量多个帧需要获得平均喷射形状,导致数以百计的单个帧为每个案件。特定参数的测量和概要文件的飞机在每个帧手工耗时的精度有问题。因此,后处理面向软件喷气飞机形状的特征被开发为一种自动评估在每一帧。图书馆利用Numpy (gydF4y2Ba哈里斯et al ., 2020gydF4y2Ba),Scikit (gydF4y2BaPedregosa et al ., 2011gydF4y2Ba)和Scipy (gydF4y2Ba维尔塔宁et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

所示的测量方法的管道gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba。在TIFF图像捕获堆栈格式和剪到感兴趣的区域(ROI)更容易操作。一个例子所示的细节gydF4y2Ba图3一gydF4y2Ba。栈是代入一个二值化算法,然后用大津的方法实现(gydF4y2Ba首先,1979gydF4y2Ba),详细所示gydF4y2Ba图3 bgydF4y2Ba。一起的关键堆栈需要一些额外的参数,并在配置文件中指定。第一帧的像素宽度测量堆栈的对象的引用。的起始位置射流计算可以指定(如喷嘴)或(meniscus-to-jet产品化)计算。meniscus-to-jet过渡定义为点沿射流轴喷射直径的标准偏差在未来10像素沿射流轴的方向流低于1。这个过渡标准设定的实验比较结果在不同喷射政权(不含bgydF4y2Ba图4gydF4y2Ba,没有明确的半月板)。所有必需的数据送入算法,完成飞机的几何参数计算出每一帧。几何参数的设置由飞机开始和分手,其沿射流轴直径和长度的喷气机。gydF4y2Ba

喷射直径的测量平均在每个喷嘴的距离对所有获得的图像。因为飞机的长度变化从图像到图像,只有少数罕见观察最长的飞机。因此,直径的距离只评估了至少90%的图像包含飞机。这个平均测量直径的长度稳定飞机所示gydF4y2Ba图3 cgydF4y2Ba虚线。一个简单的喷射速度计算结果从液相的质量守恒和喷射直径所示gydF4y2Ba图3 cgydF4y2Ba整行。所有提交结果计算100帧捕获,获得在14帧每秒150μs的曝光时间。飞机的长度,用于计算gydF4y2BalgydF4y2Ba的平均值的射流长度100帧捕获。gydF4y2Ba

我们的映像的射流参数的测量方法是类似于描述的方法gydF4y2BaPatel et al。(2022)gydF4y2Ba,飞机自动带到一个固定位置。这种基于图像的方法与开发的方法gydF4y2BaNazari et al。(2020)gydF4y2Ba,飞机参数计算出粒子跟踪测速技术(PTV)的水滴。在PTV jet-shape-processing方法的优点是能够获得速度分布在整个飞机的纵轴,而不是与液滴发生地区。另一种方法能产生这样的结果是通过飞机的双重曝光图像包含示踪粒子,利用脉冲间距比1µs(短gydF4y2BaKnoška et al ., 2020gydF4y2Ba)。Dual-pulse成像实现更准确的测量比jet-shape-processing速度的方法,而使用相同的iLIF照明和光学系统。这是因为粒子跟踪的速度从空间推导出测量在更大的距离比飞机本身的宽度。然而,jet-shape-processing横行无忌了飞机结构的图像。gydF4y2Ba

证明的使用在一系列帧平均在特定地点,飞机的整体稳定性所示gydF4y2Ba图3 dgydF4y2Ba。在这里,平均强度的形象显示100帧。射流断裂成小水滴的位置可以很容易地发现的平均图像变得模糊和飞机跟踪扩大。为gydF4y2Ba图3 dgydF4y2Ba,这个位置是在大约150μm下游的小费由视觉检查。这是与结果一致(gydF4y2Ba图3 cgydF4y2Ba上述标准)的90%。gydF4y2Ba

包括自动测量变量,我们收集了样本流量(SFR),气体流速(GFR)电位(EP),真空压力和每一帧的完整飞机形状和计算速度喷射直径的函数gydF4y2Ba ${\mathrm{dgydF4y2Ba}}_{\mathrm{jgydF4y2Ba}}$ 。喷气式飞机的速度gydF4y2Ba ${\mathrm{vgydF4y2Ba}}_{\mathrm{jgydF4y2Ba}}$ 是计算gydF4y2Ba

上面的方程给出了喷射速度的第一近似值,没有径向速度梯度的飞机被认为是。基于结果gydF4y2BaZahoor et al。(2021)gydF4y2Ba,我们可以假设速度计算的最大错误发生在半月板或泰勒锥,在最大的速度梯度径向方向。飞机地区速度梯度在哪里可以忽略不计,该近似方法应提供pixel-accurate速度测量。在此基础上,所有的速度测量gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba9gydF4y2Ba从meniscus-to-jet过渡开始计算。gydF4y2Ba

2.4测量的不确定性gydF4y2Ba

主要测量不确定性源于jet-shape-processing方法,二值化过程中修复解决像素精度。在飞机的纵轴,像素精度产生微不足道的错误由于大量的像素。在径向方向错误的大幅增长,像素的数量喷射不同约为最厚的薄的飞机超过70飞机。这地方在极端直径测量不确定度在2.9%和50%之间,约30%的飞机µm直径略低于2。径向测量误差部分减少平均在多个帧。考虑到测量不确定性和考虑平均效应,结果是用来代表趋势和不给亚微米精度值。gydF4y2Ba

气体流速米经营不确定性的满刻度的0.1%,相当于0.375 - -0.94毫克/分或2.5% - -13%。注射泵可以实现样品流速低于1问/分钟。在目前的研究中,使用的流量范围样本流的测量误差可以忽略不计。电压测量不确定度为0.1%。gydF4y2Ba

2.5液体的选择gydF4y2Ba

氮气具有良好的聚焦特性结合高压领域的惰性,介质和non-electron附加。空气的击穿电压的1.15倍,约35 kV /厘米1 atm。由于增强的电特性、氮被选为主要气体氦,通常用于自解压。gydF4y2Ba

水和酒精的结合使用是基于著名的两种液体的性质。在当前的实验设计中,某种形式的一个酒精的解决方案应对水的冰点是必要的。虽然不是实验测量,某种程度的分子离解的包裹预计解决方案,改变电特性,如混合的导电率的实验。gydF4y2Ba

3的结果gydF4y2Ba

观察到不同的喷射模式的多样性和泰勒锥形状是令人震惊的。其中最典型的所示gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba。似乎有之间的激烈竞争产生的力量扩大天然气和电场,导致不同的半月板或泰勒锥的形状和不同的喷射政权。gydF4y2Ba

3.1泰勒锥变化和喷射模式gydF4y2Ba

在大气压力条件下,只有一个稳定的喷射模式观察(gydF4y2Ba图4一gydF4y2Ba)。肾小球滤过率(GFR)在这里,没有对泰勒锥的形状没有影响。特有的薄而短的射流形成的尖锥,它突出提示距离相似的内在毛细管的直径。定径产生的液滴破裂点,这是固定的,不会改变。这个政权通常被称为“尖流”(gydF4y2BaMontanero Ganan-Calvo, 2021gydF4y2Ba)而不是“滴”或“喷射”,这意味着大振荡半月板的毛细管源或长毛细管喷射和某些不规则,分手。分手机制(Rayleigh-Plateau不稳定,或静脉曲张的分手)是一样的在其他飞机应用EP,描述。gydF4y2Ba

在真空中,三个特点泰勒锥形状。gydF4y2Ba图4 bgydF4y2Ba显示了典型的弯月面形状时不应用电势和/或高流量样本。达到气液界面假设不断圆锥形凸曲线导致飞机结束(中没有显示gydF4y2Ba图4 bgydF4y2Ba),常规飞机的解体机制类似于缺乏EP观察(gydF4y2BaZahoor et al ., 2021 bgydF4y2Ba)。电势高样品流速对半月板的影响可忽略不计。应用电压低于5 - 6 kV (gydF4y2Ba图4 cgydF4y2Ba)泰勒锥再次突出。与大气压力的情况下,泰勒锥表面呈现一个更连续的形状,因为它接近飞机。形成厚飞机(左图),只有在特定的气体和样品流速稳定,鞭打政权和cone-pulsating政权之外发生。在后者中,泰勒锥的闪烁在大小和在某些情况下,甚至可能分离,和一个大液滴传播下游,仍然附着在飞机。在更高的采样流量,高于1.5μl /分钟(正确的图像gydF4y2Ba图4 cgydF4y2Ba),泰勒锥进一步突出,飞机变得高度不稳定。通过设置示例流率更高,喷射过渡完全cone-pulsating政权。在某些情况下,甚至一个过渡性政权可能发生,飞机到达接触电极,没有分手。gydF4y2Ba图4 dgydF4y2Ba显示最常见的模式,稳定在一个范围广泛的气体和样品流速,和电动潜力。在这里,泰勒锥几何变化是轻微的和观察到的主要的函数示例流量和电势。gydF4y2Ba

两个独特的喷射方式是观察在真空和大气压力。第一个模式(gydF4y2Ba图4一gydF4y2Ba),我们称之为一个“弱喷射模式”或“尖流模式”,两个压力条件下是稳定的(真空和空气中),而第二个模式(gydF4y2Ba图5一个gydF4y2Ba),表示“强烈喷射模式”,只有坚持作为一个稳定的喷射真空。在不稳定的喷射条件下,很可能两种模式之间的交替中间过渡模式。这样的转变是显示在gydF4y2Ba图5 b, CgydF4y2Ba。gydF4y2Ba

额外的喷射模式可以实现,如果喷嘴电极放置足够近,上面的示例流量1μl /分钟,气体流速接近于零,和外加电压高于6 kV:桥接政权。飞机到达外电极,出院。由于很少或没有稳定作用的主要气体,泰勒锥的脉动通常被观察到。在低于最优样本流率,飞机休息之前外电极。高于最优采样流率,cone-pulsating政权发生。gydF4y2Ba

3.2分手和滴gydF4y2Ba

增长扰动诱发Rayleigh-Plateau不稳定(gydF4y2Ba瑞利,1878gydF4y2Ba)(gydF4y2Ba图5 a, BgydF4y2Ba)。扰动发展作为水滴直径大于飞机,当流适当集中。这些中断作为一个单一的实体,有时后瞬态液体韧带。这个韧带因液滴或脱落到卫星液滴。这种机制可以观察到在实验和相关数值模拟GDVNs (gydF4y2BaZahoor et al ., 2018 cgydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

电势的存在影响了分手机制以以下方式。扰动很少生长大直径,但几乎总是细长的飞机(gydF4y2Ba图6 bgydF4y2Ba)。这是由于额外的稳定作用的轴向电场与表面张力。喷口从而转换成更小的,细长的液滴通过非常薄,亚微米飞机(gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba)。目前还不清楚是否这些狭窄的连接飞机前喷射或创建的一部分由于瑞利喷射(gydF4y2BaDuft et al ., 2003gydF4y2Ba)。不过,最有可能的情况是,他们结果由于延迟反冲相关费用(的存在gydF4y2Ba卢比奥et al ., 2021gydF4y2Ba,看他们的数据8 - 10,12)。能够回答这个问题,需要捕获飞机解体与更高的帧速率。gydF4y2Ba

3.3流率和外加电压对直径和速度概要文件gydF4y2Ba

图7gydF4y2Ba显示了典型的速度和直径的概要文件,和气体和采样流率的影响在大气压条件下射流直径和速度。由于喷嘴设计,只有一个非常狭窄的范围应用电压,约kV,导致大气中稳定的喷射。凸喷嘴限制达到气液界面的曝光时间扩大气体,导致低动能传播,,结合膨胀率较低的气体(进入大气环境),提供了一个较低的稳定和flow-focusing效果。所有数据都因此获得例EP = 7 kV,肾小球滤过率(GFR) = 13.3 mg /分钟和SFR = 0.25μl /分钟用于速度和直径测量所示gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba。飞机上的气体流速的影响测量恒定SFR = 0.25μl /分钟,和样品流率的影响喷射测量恒定肾小球滤过率(GFR) = 9.1μl /分钟。无量纲长度保持不变(0.51)。沿喷射的距离确定相对于meniscus-to-jet过渡用箭头(a)gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba。零位置确定自动连续测量的标准差十直径的位置在一个图像在整个飞机。标准差是通过实验的阈值设置为1。我们假设的转变始于价值低于这个阈值。gydF4y2Ba

图8gydF4y2Ba显示了典型的速度和直径与气体的影响和样品流喷射直径和速度在真空中。所有的数据显示的情况下EP = 6 kV。以下参数被用于分析的速度和直径概要:肾小球滤过率(GFR) = 19.2毫克/分钟,SFR = 0.5μl /分钟。飞机上的气体流速的影响测量恒定SFR = 0.5μl /分钟,和样品流率的影响喷射测量恒定肾小球滤过率(GFR) = 17.0 mg /分钟。gydF4y2Ba

外加电压的影响研究在真空中恒定气体和样品流率。不同的两个实例样本显示在对应的流量gydF4y2Ba图9gydF4y2Ba。在第一个示例中(gydF4y2Ba图9gydF4y2Ba)示例流量设置为1μl /分钟,和速度被发现增加超过两个电压时增加了1 kV从4.5 kV的初始值。在第二个例子中(gydF4y2Ba图9 bgydF4y2Ba)示例流量设置为15μl /分钟,和观察到的速度增加是微不足道的一个广泛范围的电压(4 kV)。以较低的采样流量,喷射所示gydF4y2Ba图4 c, DgydF4y2Ba发生时,外加电压扮演更重要的角色在飞机的速度比更高的采样流量,喷射所示gydF4y2Ba图4 bgydF4y2Ba发生。gydF4y2Ba

3.4桥接政权gydF4y2Ba

正如上面提到的,在高样本流和零低气流,桥接政权发生。可以实现稳定的喷射在特定的流率,如图所示gydF4y2Ba图10gydF4y2Ba。类似于正常喷射模式,扰动形式和迁移下游但不触发分手。半月板可以分离和迁移下游高于样品流量稳定,影响电极。如前所述,泰勒锥的脉动通常观察到由于一个小或没有稳定作用的主要气体。gydF4y2Ba

任何EP-SFR-GFR值表现出脉动的参量的组合或分离稳定边界条件下将对应于一个全球不稳定行为的观察系统。详细确定全球稳定的参量的地区将是一个繁琐的任务超出了目前的工作范围。gydF4y2Ba

3.5观察参数空间gydF4y2Ba

3.5.1大气压力gydF4y2Ba

由于低气体稳定和flow-focusing效应在大气环境中,一个稳定的飞机只有获得EP值高于6.5 kV (gydF4y2Ba图11gydF4y2Ba)。最大的EP,测试8千伏。肾小球滤过率(GFR)和SFR值选择对射流参数和展示他们的影响,因此,稀疏。肾小球滤过率(GFR),以确保一个稳定的喷射在一系列和SFR值,EP是7 kV所有记录结果。SFR最低,还产生了一个稳定的飞机,大约是0.2μl /分钟,泰勒锥和喷气混乱的形成和溶解。观察到的上限是0.3μl /分钟左右,上面的泰勒锥进行脉冲。这种狭隘的SFR范围可以归因于薄而短的飞机,无法运输大型质量流。稳定的操作模式是实现零肾小球滤过率(GFR)和40毫克/分钟,肾小球滤过率(GFR)最高的测试。gydF4y2Ba

3.5.2真空压力gydF4y2Ba

在真空中运作时,飞机的高稳定性允许我们去探索一个更大的参数空间。喷射模式4 c和b (gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba)获得的EP kV-7 4.5 kV的范围。测量的范围在500 V的间隔。观察该地区最高的飞机稳定在6 kV。SFR和肾小球滤过率(GFR)模式4 c和b介于0.5和3μl /分钟之间,从0到32毫克/分钟。肾小球滤过率(GFR)测量不同拍摄SFR的范围从0.5到1μl /分钟,在喷射是最稳定的。同样的推理是用于测量不同SFR,肾小球滤过率(GFR),范围从15至20毫克/分钟。gydF4y2Ba

喷射的测量模式4 b (gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba)是发生在更高的SFR比模式中观察到gydF4y2Ba图4 c, DgydF4y2Ba。最低的SFR的地方政权观察4 b大约是12μl /分钟。最高的测试SFR 30μl /分钟。高气体流率需要产生一个稳定的喷射模式4 b。观察到的最低的是30毫克/分钟。肾小球滤过率(GFR)最高的测试为40.1 mg /分钟。EP扮演任何角色4 b飞机稳定模式。一系列主kV用于测试在整个SFR范围。gydF4y2Ba

4讨论gydF4y2Ba

一个生产的液体喷射实验研究GDVN在电场的影响下。喷嘴设计,确保直接成像的泰勒锥及其应对交替流率和应用电压。额外的工作在喷嘴的设计需要充分利用额外的电力量的存在产生高度加速喷射。突出的毛细管(见gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)限制了扩大气体的动能转移到飞机,限制气体流聚焦的影响。然而,外加电压的存在显示了有前景的结果有关的额外的飞机加速和扩大稳定操作参数空间。在传统流聚焦技术,飞机的速度达到高原气体完全展开后,没有达到高原在外加电压的存在。可以看出gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba8gydF4y2Ba飞机的速度增加线性随着距离的。电压的积极影响飞机的加速度也明显了gydF4y2Ba图9gydF4y2Ba与产生重大影响,尽管示例流量(gydF4y2Ba图9 bgydF4y2Ba)。进一步研究GDVN几何修改最大化气体的动能转移到飞机,同时,保留EP加速度是必要的。改进GDVN提供主要的加速机制gydF4y2Ba通过gydF4y2Ba气体的膨胀可能使用较低的EP,因此导致对电势的使用安全性更高的利润率。gydF4y2Ba

另一个关于实验的设计考虑未来工作电极的担忧。在当前的工作,一个坚实的锥形形状的电极使用。而这种电极的定位简单,问题是样本液体表面的沉积。迅速在真空中气体膨胀导致电极冷却至零下的温度。沉积样本电影冻结和形成冰晶,能长到喷嘴和喷嘴毛细管堵塞。因此,在目前的研究中,较低的样本和天然气流量被用来延缓冰沉积的发生。gydF4y2Ba

进一步的研究有更多的粘性液体样本,辛醇等计划。正如前面所讨论的,样品的分子离解液体不可以忽略不计,所以其他更稳定的液体应该调查。此外,离子物种的过度现在由于特定的电压极性可能发挥重要作用的破裂长度飞机,激励这一主题进行深入研究。gydF4y2Ba

高时间分辨率是必需的(gydF4y2Ba卢比奥et al ., 2021gydF4y2Ba),揭示了飞机的具体解体机制。基于速度,实现所需的分辨率可以估计10 k到100 k FPS(10µs - 100µs帧周期)。关于分手,仔细看看二级液体韧带发行从主带电射流也会感兴趣的。在这方面,正在开发的数值模型,基于我们之前的造型经验(gydF4y2BaZahoor et al ., 2018 agydF4y2Ba;gydF4y2BaZahoor et al ., 2018 bgydF4y2Ba;gydF4y2BaZahoor et al ., 2018 cgydF4y2Ba;gydF4y2BaZahoor et al ., 2020gydF4y2Ba;gydF4y2BaZahoor et al ., 2021 agydF4y2Ba;gydF4y2BaZahoor et al ., 2021 bgydF4y2Ba;gydF4y2Ba卢比奥et al ., 2021gydF4y2Ba;gydF4y2BaŠarler et al ., 2021gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

原始数据支持了本文的结论将由作者提供,没有过度的预订。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

BZ-measurements、数据处理、软件开发、文稿写作、GP-M-experiment设置,RZ-measurements策划、编辑的手稿,JG-software发展,BŠ-writing和编辑的手稿,项目管理,SB-conceptualization,项目管理,稿件编辑、JK-experiment设置,AG-C-conceptualization, HC-project管理、手稿编辑。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

为本研究提供了自由电子激光科学中心(CFEL)项目:创新方法与使用x射线成像自由电子激光(XFEL)和同步加速器来源:模拟气体聚焦喷射,和斯洛文尼亚授予机构(arr)在项目程序组p2 - 0162和j2 - 4477。这项工作也在一定程度上支持的集群卓越的“崔:先进的成像的物质”德意志Forschungsgemeinschaft (DFG) exc项目ID 2056 - 390715994,和人类前沿科学项目(RGP0010/2017)。雷竞技rebatgydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者要感谢茱莉亚Maracke (CFEL)对她的帮助的3 d打印喷嘴和实验设置,Ajda Kunavar和加Savšek拜尔教授(卢布尔雅那大学)的建议对于实验工作和MatjažPerpar拜尔教授(卢布尔雅那大学)的建议关于实验结果的表示。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

评论家RS宣布与作者(年代)EPMG过去共同创作,JK, AMG, HNC和某人处理编辑器。gydF4y2Ba

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