摩擦性颗粒因毛细引力导致的聚集

研究了低雷诺数下漂浮在液-气界面的相同毫米级球体间的毛细引力及其导致的聚集。我们表明，在低邦德数下，对于远大于先前假设的颗粒尺寸，所测得的两个球体间随距离变化的毛细力可以用尼科尔森近似得到的表达式来描述。我们发现，要描述接近接触时的动力学，必须计入球体间的粘性流体动力学相互作用。接着，我们考虑了在初始两个球体已经接触后加入第三个球体时所形成的聚集体。在这种情况下，我们发现毛细力的线性叠加可以定性描述所观察到的接近过程，但并非定量准确。此外，我们观察到由于毛细力随分离距离迅速减小而导致的结构对角度的依赖性，这倾向于在接触前使颗粒对齐。当三个颗粒接触时，它们可能保持其形状，或重新排列形成等边三角形团簇——最低能量态——这取决于颗粒间引力与摩擦之间的竞争。利用这些观察结果，我们证明可以用具有毛细引力的摩擦性颗粒构建线性颗粒链。