定向干燥中弱布朗粒子的动力学与有序化

颗粒悬浮液的干燥是一种普遍现象，具有众多自然与实际应用。特别地，在单向干燥中，溶剂的蒸发诱导流动，将颗粒积聚于液/气界面。颗粒致密区的逐步构建尤其可用于先进材料与结构的加工，而此类系统中异质性与缺陷的发展对其功能至关重要。因此，大量研究致力于将流动与颗粒动力学同颗粒有序化相关联。然而，在颗粒尺度上的动态观测及其与局域颗粒有序化的关联仍然缺失。本文中，我们通过高帧率激光扫描共聚焦显微镜测量颗粒速度表明，在单侧开口的Hele-Shaw池中，定向干燥过程中弱布朗粒子的有序化取决于颗粒速度。在以下给出的环境与实验条件下，颗粒速度聚集为两支。在速度较快的颗粒支中发现了更高的有序度，我们将其解释为随着流动速度增加，压降增大将颗粒拖入更致密的堆积。这一反直觉行为不同于布朗粒子的情况：只要流动速度不太高，布朗粒子在干燥过程中可通过布朗运动重组为更致密的堆积。这些结果表明，不同的动力学条件可用于在干燥后获得致密、无缺陷的颗粒区域。特别地，其提示快速定向干燥可用于控制颗粒沉积的结晶度。