油-空气界面上自封装液滴的弹性-毛细变形
软凝聚态物质
2026-05-11 v1 流体动力学
摘要
位于油-空气界面上的自封装液滴在蒸发过程中会发生显著的形变，包括平坦化和局部失去膜质量张力，导致褶皱和皱纹。本文结合实验、建模和数值仿真，获得了预测性形态图。我们对浮于氟化油中的水滴进行接触角和蒸发实验，涂覆以疏水蛋白薄膜，提供了参考轮廓和体积损失序列，用于定量验证。我们构建了一个轴对称力学框架，通过最小化总自由能（结合表面能、膜应变能和重力势能）来求解平衡状态，受体积和接触线约束。准凸张力松弛规则 accounts for compression-free states，使 taut、wrinkled（一个主张力为零）和 crumpled（两个主张力均为零）膜域能够共存。有限元算法计算在体积减小时的准静态变形；通过拟合参考接触角轮廓识别关键参数，随后用于无进一步调参。该模型再现了实验观察到的形态演化，并解析了相关应力 redistributed。系统参数扫描得到形态相图，由 Bond 数、油-液滴表面张力比和密度比决定。对于浮力液滴，褶皱在参数变化时在暴露和浸没的帽子之间迁移；对于重液滴，沉浸侧壁出现环向皱纹的横跨现象浮现。壁面-液面变化会位移相位边界并抑制底部褶皱，与壁面受限实验一致。
引用
@article{arxiv.2605.07759,
title = {Elastocapillary morphing of self-encapsulated droplets floating at the oil-air interface},
author = {D. Andrini and D. Riccobelli and L. Gazzera and S. Molteni and P. Metrangolo and P. Ciarletta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.07759},
year = {2026}
}