北航新闻网2月17日电（通讯员 蔡红艳） 日前，北航物理学院满兴坤副教授（第一作者）和土井正男(Masao Doi)教授（通讯作者）合作，在物理学国际权威杂志《物理评论快报》[Physical Review Letters 116, 066101 (2016)]上以“Ring to Mountain Transition in Deposition Pattern of Drying Droplets”为题发文，首次揭示液滴蒸发残留物结构从“咖啡环”到“火山状”再到“山状”转变的物理机制。该研究成果为液滴蒸发残留物结构这一复杂问题建立了普适的理论模型，并为喷墨打印技术在工业的应用提供了直接的理论分析依据。
含有非挥发性溶质的液滴干燥后，会产生丰富多样的沉积图案。最著名的就是“咖啡环”图案，即液滴中大部分颗粒在液滴干燥后会集中在液滴初始接触线附近。另外，液滴干燥后颗粒还可能会沉积在液滴中心而形成“山状”的图案。实验上还观察到“多环”、“火山状”等等各种各样的沉积图案。到目前为止，还没有一个普适的对此类问题描述的理论模型。
液滴蒸发残留物图案示意图
满兴坤副教授和土井正男教授基于Onsager变分原理，提出了包含液滴内部流体运动模式和液滴接触线运动模式的理论模型，成功预测了在各种不同条件下，非挥发性溶质在衬底上的密度分布情况。理论研究表明，可以通过调控液滴接触线与衬底的摩擦系数以及液滴蒸发速率，来实现沉积图案连续的从“咖啡环”到“火山状”再到“山状”结构的变化。
这一工作得到国家自然科学基金和985高校基本科研业务费等项目的资助。
文章链接：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.066101
编辑：贾爱平
