聚合物溶液中蒸发诱导的瑞利-泰勒不稳定性

理解干燥聚合物溶液中有害对流不稳定性的力学机制在许多应用（如薄膜涂层生产）中至关重要。众所周知，聚合物溶液中的溶剂蒸发可导致 Rayleigh-Bénard 或 Marangoni 型不稳定性。本文我们揭示另一种机制，即蒸发可因空气-液体界面处致密层的堆积致使界面呈现瑞利-泰勒不稳定性。我们通过实验研究了不稳定性起始时间（$t_p$）作为水溶液宏观性质的函数，这些性质通过调节聚合物浓度（$c_0$）、分子量与聚合物类型来改变。在稀溶液中，$t_p$ 根据聚合物扩散率呈现两种极限行为。对于高扩散率聚合物（低分子量），羽化时间按 $c_0^{-2/3}$ 缩放。该结果与此前可混溶系统中重力不稳定性的研究一致，其中扩散稳定系统。另一方面，在低扩散率聚合物中，羽化时间按 $c_0^{-1}$ 缩放。类似于不混溶系统中的有效界面张力稳定效应解释了这种强浓度依赖性。高于临界浓度 $\hat{c}$ 时，黏度延迟不稳定性的增长，使扩散得以作为主导稳定机制发挥作用。这导致 $t_p$ 按 $(\nu/c_0)^{2/3}$ 缩放。