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?xiàng)l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(huì)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(dòng)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(dòng)電流體力學(xué)的理論發(fā)展，還能促進(jìn)其在實(shí)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(dòng)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(dòng)。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(huì)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(huì)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(huì)影響液滴的動(dòng)態(tài)行為，當(dāng)表面溫度低于液體沸點(diǎn)溫度時(shí)液滴蒸發(fā)速率增加，以及在Leidenfrost溫度下液滴反彈會(huì)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(gè)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(dòng)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(huì)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(huì)發(fā)生改變，當(dāng)電場達(dá)到一個(gè)臨界值，電應(yīng)力加速液滴底部附近的流動(dòng)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(huì)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(shí)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(shí)驗(yàn)方法研究電場作用下液滴撞擊表面的動(dòng)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)。