凝胶射流：软微凝胶网络稳定并延长无喷嘴水射流

高速液体射流的稳定性对于从精密打印到无针给药等应用至关重要，但其从根本上受到毛细驱动破裂的限制。稳定射流的一种常见策略是使用表面活性剂来降低表面张力。然而，在由表面声波（SAW）驱动的无喷嘴射流中，极端的变形速率导致常规表面活性剂脱附，因此需要替代策略来稳定射流。特别是，我们发现调节 PNIPAM 微凝胶的纳米级软度提供了一种稳健的、生物相容的策略来克服这一限制。柔软的低交联密度微凝胶在空气-水界面形成弹性界面网络，抑制表面张力恢复，延迟 Rayleigh-Plateau 不稳定性，并使 SAW 驱动的射流长度增加高达 44%。相比之下，较硬的微凝胶在应变下失去网络内聚力，导致射流迅速破裂。为了获得分子层面的见解，我们进行了耗散粒子动力学模拟，揭示了软微凝胶中的聚合物桥在拉伸过程中保持缠结，从而维持降低的有效表面张力。最后，一项简单的标度分析平衡了传递给液滴的 SAW 驱动动能与形成射流所需的表面能，定量地预测了观察到的长度增加。这种无表面活性剂、生物相容的方法为长寿命射流奠定了基础，可实现精密无针给药、高速打印和其他高应变界面流应用。