聚合物溶液液滴冻结动力学的普适尺度

复杂流体的冻结是自然与技术过程中的核心问题，液-固相变过程中热传导、溶质再分布与界面形变之间的相互作用产生复杂形态。与简单流体不同，聚合物溶液表现出强耦合的传输和流变特性在固化过程中动态演化，使其冻结行为难以预测。本文考察了跨稀疏至交联范数的聚合物溶液液滴冻结。我们发现，液滴形貌和粘性溶液的冻结动力学由单个无量纲参数—毛细-莱斯数 (Capillary--Lewis number) 控制，后者捕捉粘性应力、毛细力与溶质传输之间的竞争。圆形、径向变形和冻结时间均可在九个数量级上叠加到统一主曲线上，揭示了在冻结界面前溶质扩散无法缓解浓度梯度的临界点。该尺度压缩跨越不同聚合物化学计种类均成立，而当材料表现出弹性主导响应时 ($G' > G''$)，则出现偏离，表明纯传输-毛细控制已失效。这一结果建立了最小的传输-力学框架，将溶质再分布与界面形变联系起来，用于聚合物溶液的冻结。