溶质-热-流体动力学影响下的 sessile 液滴蒸发

本文通过实验与理论探究了 sessile 盐溶液的蒸发动力学。观察表明，溶解离子的存在导致蒸发动力学发生调制，且其进一步依赖于表面润湿性。在亲水表面上，盐浓度增加会提高蒸发速率；而在超疏水表面上，蒸发速率随浓度先升高后降低。此外，恒定接触角或恒定接触半径的蒸发阶段的性质与范围也取决于盐浓度。超疏水表面上蒸发的减弱可通过显微镜观察到的液滴内晶体成核行为来解释。研究发现，纯扩散驱动的蒸发模型无法预测这种调制的蒸发速率。而且，溶解盐引起的表面张力与静态接触角变化也无法解释增强的蒸发行为。利用 PIV 观察到液滴内部产生了依赖于盐浓度的内流。借助蒸发液滴周围界面剪切修正的 Stefan 流概念，利用该平流动力学解释并量化了增强的蒸发行为。该分析可准确预测蒸发速率。进一步，本文提出了另一种标度分析，表明系统中的热与溶质 Marangoni 平流导致了该平流行为。分析还表明，主导模式为溶质平流，且该理论能较好地预测内部环流速度。这些发现对微流体热与物质输运系统具有重要意义。