墨割断裂结构的实验研究

表面张力的局部变化可在薄界面膜中引发复杂的断裂动力学。在此，我们研究了当局部表面张力扰动施加于支撑在水-甘油亚相上的墨膜时出现的断裂模式。墨是一种传统的日本炭黑墨水，这一过程被称为“墨割”，会产生美观的星形裂纹图案，从扰动点辐射出多个尖刺。裂纹尖刺的数量随亚相粘度的增加而增加，在此通过添加甘油来控制。原子力显微镜测量显示，墨膜的有效刚度随着甘油浓度的增加而降低。这表明亚相性质与墨膜力学之间存在强耦合。为了捕捉墨割的动力学，我们概述了一个基于可断裂弹簧连接的粒子的过阻尼运动方程的唯象模型。数值模拟再现了墨割的形态和实验趋势：裂纹数量及其时间演化取决于弹簧刚度，这与在不同粘度亚相上观察到的行为一致。这些发现证明了表面张力梯度、亚相性质和薄膜力学之间的相互作用如何控制流体支撑薄膜中的局部断裂和图案形成。