渗透蒸发下柔性微通道中的间歇性空气侵入

我们探究了初始充满水的含收缩段的死端柔性微通道中的空气侵入现象。该现象由通道内液体通过周围介质渗透蒸发所驱动。侵入是间歇的、急动的，并以气泡逃离收缩段时的走走停停动力学为特征。我们证明，气泡这种停滞与跳跃的序列源于气液界面与弹性介质之间的弹毛细耦合。当界面进入收缩段时，其曲率急剧增大，导致充满液体的通道内产生负压，从而驱动通道压缩。由于渗透蒸发持续造成液体流失，当界面在某一阈值被迫离开收缩段时，压力骤然释放，引发气泡快速远离收缩段传播，并使通道恢复静止形状。结合宏观观测与共聚焦成像，我们对该现象给出了全面的实验研究。特别地，考察了通道几何对收缩段内停滞时间与跳跃长度的影响。我们新颖的微流控设计成功模拟了植物中 vessel 间凹坑的作用，其在长期严重干旱中瞬时阻止气栓传播。该设计有望作为更复杂叶状结构仿生研究的构建模块，以复现真实叶片中报道的间歇性传播这一普遍现象。