干燥胶体薄膜中的不稳定性：表面电荷和基底润湿性的作用
软凝聚态物质
2026-01-27 v1
摘要
胶体悬浮液的干燥会导致复杂的沉积图案，并伴随开裂和分层等不稳定性。在本研究中，我们通过实验研究了颗粒表面电荷和基底润湿性对含有二氧化硅纳米颗粒的固着液滴的蒸发动力学、最终沉积形貌和裂纹图案的耦合影响。我们研究了两种胶体，即带负电的胶体二氧化硅纳米颗粒(Ludox TM50)和带正电的二氧化硅纳米颗粒(Ludox CL30)，在浓度范围为0.1至5.0重量百分比下，沉积在具有不同润湿性的玻璃、聚苯乙烯和聚四氟乙烯(PTFE)基底上的动力学。采用侧视和俯视成像技术来捕捉蒸发过程并分析产生的裂纹。我们的结果表明，颗粒电荷的性质和基底润湿性显著影响蒸发模式，观察到在恒定接触半径(CCR)、恒定接触角(CCA)和混合模式之间的转变。含有TM50的液滴始终表现出径向裂纹，而含有CL30的液滴则显示出更随机取向和不规则的裂纹。在较高颗粒浓度下，TM50悬浮液形成更厚的沉积物，并在高度可润湿的基底（如玻璃）上发生分层。定量分析表明，裂纹间距和长度与颗粒浓度遵循幂律关系。此外，分层行为受到颗粒浓度和基底类型的强烈影响。我们提出了一个机制框架来解释颗粒-基底相互作用在控制观察到的开裂和分层行为中的作用。
引用
@article{arxiv.2601.17655,
title = {Instabilities in Drying Colloidal Films: Role of Surface Charge and Substrate Wettability},
author = {A. Madhav Sai Kumar and A. Hari Govindha and Ranajit Mondal and Kirti Chandra Sahu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.17655},
year = {2026}
}
备注
36 pages, 14 figures