受限微流控流中相互作用液滴系的新型惯性自组装动力学与长程空间有序化

液滴的多相流广泛存在，无论是在工业还是微尺度上，均用于生物和非生物应用。但此类系统的系综相互作用本质上是非线性和复杂的，加之界面效应的影响，使其成为理论中困难的多体问题。相比之下，流动中固体颗粒的自组装动力学已在惯性微流控领域被长期描述并成功利用，其中颗粒晶体可由惯性力和流体动力学相互作用实现。在此，我们报道了受限微流控通道中液滴的新型自组装动力学，其与已确立的惯性微流控范式形成鲜明对比：更高惯性导致更好的空间有序。相反，我们发现传统的直壁通道几何不仅未能实现液滴的规则空间有序，反而随惯性增加加剧无序。反之，非对称蛇形几何能够实现长程、周期性的空间有序，其长度尺度至少比液滴直径大3个数量级，尤其在低惯性下。实验中，我们能够将液滴生成与有序化解耦，从而独立改变数密度、约束、惯性和表面活性剂浓度。我们发现了依赖于惯性的优选液滴间距的出现，并首次表明马兰戈尼效应可影响多液滴阵列的纵向有序。这些结果提出了惯性微流控一个很大程度上未被探索的方向，也显示了其与液滴微流控统一的潜力。特别是，片上被动恢复均匀液滴间距的效用是流式整合孵育和逐滴检测能力的关键要求。