MIT用「土方法」提高農藥噴洒效率，液滴大小為原來的千分之一

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噴霧技術在噴漆和農藥噴洒等諸多領域應用廣泛，而小液滴尺寸對於噴洒結果影響很大。更大的液滴在風中不容易飄散，因此能令噴洒更準確，但是更小的液滴更容易在接觸物體表面時附在上面而不是彈開。

近日，一些麻省理工學院研究人員提出了一種結合噴洒準確度和液滴附著能力兩方面的方法，取得了滿意的效果。該技術簡單的驚人：在物體前面放一個細孔紗網就夠了。經過這個紗網後，液滴的大小變成原來的千分之一。《物理綜述·流體》（Physical Review Fluids）發表了該成果的論文，作者包括麻省理工機械工程副教授 Kripa Varanasi、前博士後 Dan Soto、研究生 Henri-Louis Girard以及其他3名麻省理工和法國國家科學研究院（CNRS）的研究人員。

圖丨右圖中，大液滴被細眼紗網分散成小液滴，因此附著力大大提高。這能顯著提高農藥、除草劑和化肥的使用效率。此外，小液滴對作物的衝擊力也小得多。（來源：Varanasi Research Group）

Varanasi 團隊的早期工作聚焦於讓液滴更好地附著在物體表面而不是彈開。新的研究聚焦於另一個問題：如何讓液滴準確到達目標物體。Varanasi 解釋道，通常只有5% 的液滴能附著在目標表面，95% 的液滴都浪費了，而浪費液滴中的一半根本沒有碰到過目標，另一半在碰到物體表面後彈開。

（來源：Varanasi Research Group）

霧化器是將液體霧化為小液滴，使其能懸浮在空中而不是直接落地的工具。霧化器在很多工業領域有廣泛應用，包括噴塗、內燃機、發電廠冷卻塔以及藝術噴繪。研究團隊首先製造不容易被風吹散的大液滴，然後在液滴到達目標表面之前將其用細眼紗網變成小液滴。

該技術可以用於很多噴霧應用中。首先，在農業領域，沒有留在作物表面的殺蟲劑落在地面，會產生嚴重污染。此外，更細的液滴對於某些比較脆弱的植物傷害更小。

農民很早就用網眼罩住植物防止鳥和昆蟲來偷食，因此使用紗網對他們來說根本不成問題。研究人員表示，很多種紗網材料都可以湊效，關鍵是網眼大小和材料的厚度——研究團隊通過大量的實驗研究和數學分析，確定了這兩個參數的合適值。當然，為了控制成本，科學家在實驗中主要使用廉價易得的不鏽鋼紗網。

研究人員表示，只要用細眼紗網罩住植物，農民完全可以用傳統的大液滴噴霧器噴洒農藥，當液滴碰到紗網時，自然會變成直徑小於1毫米的小液滴，被吸收的概率極大提高。

（來源：Varanasi Research Group）

此外，在莊稼上放置紗網還可以放置暴雨對莊稼的損壞，因為大液滴可以被分散成對植物衝擊力更小的小液滴。此外，暴雨還可能導致植物病害的傳播。因此，暴雨在某些情況下是作物減產的重要原因，而紗網能起到防範作用。

由於噴洒效率提高，農民可能無需噴洒太多農藥，這樣可以減輕農藥被風吹散到別處導致的環境污染，此問題也長期困擾農民。

當然，細眼紗網噴霧技術還有其他潛在應用領域，比如發電廠冷卻塔或者其他的化工反應流程。小液滴蒸發更快，因此能提供更好的冷卻效率，因為冷卻效率跟液滴表面積有關，越小的液滴表面積越大。

前期工作中，Varanasi團隊發明了從冷卻塔中回收大量由於蒸發而流失的水的技術，方法是在塔頂蓋上多重不同網眼大小的紗網。結合小液滴噴霧技術，冷卻塔的效率有望進一步提高。

噴漆時，液滴越小，附著力越好，因此噴漆的質量也可以藉此技術得到提高。

更重要的是，新型小液滴技術無需外加能源就可以工作。

波士頓大學機械工程助理教授 James Bird 表示，該項工作非常有創造力，看上去也很可行。不過最重要的是，作者在研究中體現出了對複雜物理過程的深刻洞察力，然後敏銳地將其用於解決現實世界的問題。

參考：

New approach makes sprayed droplets hit and stick to their targets?

news.mit.edu
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