利用主动热毛细应力实现胶体介观粒子的自组装与复杂操控

我们证明，由多个微气泡诱导的主动热毛细应力为嵌入液体中的介观胶体粒子的定向自组装以及复杂但可控的微观操控提供了简单途径。微气泡利用光镊在液-玻璃界面上成核。单个气泡周围的流动导致粒子在气泡底部自组装成环，而在气泡界面上产生的不对称温度分布打破了流动的方位角对称性，并引起粒子相对于气泡在不同轴向平面上的同时聚集与排斥。两个相邻气泡引起的流动导致更多样化的效应，包括粒子分选，以及导致粒子径向和轴向旋转的局部涡量——后者是首次利用光镊实现。分选是通过在空间离散的温度分布上成核气泡实现的，而涡量是通过在存在温度梯度的情况下成核气泡产生的，这再次导致方位角流动中的强对称性破缺。实验中获得的流动剖面通过相关热毛细问题的解析解或定性解释加以说明，采用了Stokes方程和传热方程。