支撑在液体表面的薄弹性薄膜上介观物体的吸引作用

我们研究了支撑在液体池上的薄弹性薄膜表面上两个平行刚性圆柱体之间的相互作用。拉伸薄膜曲率引起的表面过剩能量导致了圆柱体之间的吸引，这种吸引力可以通过圆柱体在仍漂浮于薄膜上时沉入液体过程中重力势能的变化来量化。虽然实验结果遵循了由系统重力能与弹性能平衡所预测的趋势，但数值略被低估。这种差异的根源在于圆柱体与弹性薄膜之间粘附的滞后效应，它阻碍了全部可用能量转化为重力势能，因为部分能量在圆柱体相互靠近时被用于拉伸其后方的薄膜而得以恢复。通过修正模型以计入粘附滞后效应的影响，理论与实验结果的一致性得到了改善。通过在弹性薄膜顶部引入一层薄水凝胶，可以显著降低粘附滞后的贡献，从而极大地增强了圆柱体（以及刚性球体）的吸引范围。水凝胶中的形态不稳定性为小球的运动投射出波纹状路径，从而导致大量粒子沿其缺陷聚集。这些观察结果表明，支撑在可变形弹性薄膜上的薄水凝胶层提供了一个有效的模型系统，用于研究其表面上由弹性和缺陷介导的粒子相互作用。