用于液态金属中粒子分级组装的光致表面张力梯度
流体动力学
2022-11-15 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
摘要
实现对液态金属中溶解粒子运动的控制,对于在多种纳米制造工艺中精细实现粒子的分级组装具有重要意义。布朗力会阻碍此类粒子的运动,影响所组装结构可达到的完美程度。本文表明,以拉盖尔-高斯(LG)激光为热源在液态金属(即液态镓)中诱导马兰戈尼流,是克服粒子所受布朗力、从而获得高度有序且可预测组装的有效途径。我们展示,通过使用非高斯 LG 激光精心调控液态镓中的表面张力梯度,流体中产生的马兰戈尼流与对流流将随机分散粒子的轨迹驱动组装成宽 100 um 的环形粒子组装体。精细控制 LG 激光的参数(即激光模式、光斑尺寸与电场强度)可调节液态镓的温度与流体动力学以及粒子受力平衡。这进而能以高保真度调控环形粒子组装体的结构。利用光控制液态金属中粒子运动,代表了一种可调且可快速重构的方法,用于在流体中空间设计表面张力梯度,以实现更复杂的粒子与小规模溶质组装。本工作可推广至多种液态金属,并补充了利用磁场在铁磁流体中已实现粒子组装的工作。
引用
@article{arxiv.2211.06787,
title = {Light Induced Surface Tension Gradients for Hierarchical Assembly of Particles from Liquid Metals},
author = {Jiayun Liang and Zakaria Y. Al Balushi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.06787},
year = {2022}
}