蒸发液滴的三维内部流动演化及其在颗粒沉积图案中的作用

蒸发中的钉扎液滴内部流动是导致喷墨打印、表面图案化和血迹分析等应用中多种颗粒沉积图案的驱动机制之一。尽管经过数十年的研究，液滴内部流动与颗粒沉积图案之间的因果联系尚未完全建立。在本研究中，我们采用基于数字同轴全息术的三维成像技术，定量评估三类不同润湿性液滴——水、蔗糖水溶液和SDS水溶液液滴——在整个蒸发过程中的内部流场演化与颗粒迁移。我们的成像揭示了由蒸发过程中毛细流动、马兰戈尼流动和液滴边界运动的相对重要性变化所驱动的三维内部流动形态的三阶段演化，每一阶段均表现出独特的动力学特征。颗粒从其初始位置到沉积的迁移可分为五类，颗粒沉积于接触线或液滴内部。我们观察到由于蒸发过程中马兰戈尼流动与毛细流动的竞争，颗粒迁移方向发生变化。我们进一步建立了一个解析模型，可预测液滴内部流动与沉积图案，并确定颗粒沉积机制对其初始位置和演化内部流场的依赖关系。该模型使用我们实验及文献中的不同类型液滴进行了验证，可进一步推广至其他牛顿和非牛顿液滴，有望作为多种应用中颗粒沉积的实时评估工具。