如何避免咖啡污迹效应

咖啡污渍效应是物理学和日常生活中众所周知的效应：当包含颗粒的液体蒸发时，深色边缘会保留下来。特温特大学的科学家在过去的研究中表明，这是由于粒子“雪崩式”移动到外边缘引起的。在喷墨和3D打印中，这是不受欢迎的效果。现在，根据《美国国家科学院院刊》(PNAS)发表的论文，我们可以使用油性层修饰表面抑制这种作用。

UT研究小组的早期工作表明，如果载有颗粒的液滴蒸发，则颗粒开始移动到液滴的边缘。首先，这是一个缓慢而规则的运动，但是一旦液滴由于蒸发而失去高度，颗粒就会像雪崩一样以无序的方式冲向边缘。液体完全蒸发后，留下黑环。实际上，液滴的直径在运动开始之初就决定了整个过程。研究人员试图防止这种情况，因为在许多时候，我们需要颗粒均匀分布。最新的结果显示，沾满油的表面就是答案。

这种情况下，液滴受到不蒸发的油层的限制。它还可以防止液滴边缘的水快速蒸发，从而防止微粒移动到边缘。微粒甚至会以相反的方式从液滴的边缘移动到内部。一旦所有液体蒸发，颗粒均匀地覆盖表面而非形成边缘的环。研究人员还看到了另一种效果：油层完全覆盖了液滴。在那种情况下，形成颗粒的浓缩物，即所谓的纳米眼或“ 咖啡眼”。对于某些应用，例如纳米颗粒组装，这可能是理想的效果。通过向液滴中添加表面活性剂，可以控制从浓缩咖啡环到均匀分布的沉积样式。

流体物理小组与打印机制造商Océ(现在被称为佳能生产印刷)有着长期的合作关系。该公司在打印机施加墨滴之前，在基材(如纸张)上添加了特殊的层。新的研究结果对于工艺改进非常有价值，对其他应用程序也很有价值，例如3-D打印和表面图案化。更好地了解液体在表面上的蒸发方式还可以提供有关病毒从一个人转移到另一个人的更多知识。

研究在流体物理小组和马克斯·普朗克复杂流体动力学中心完成。论文发表前一周，主要作者李亚星(安徽1991)顺利拿到了博士学位。
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Evaporating droplets on oil-wetted surfaces: Suppression of the coffee-stain effect, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020).DOI：10.1073/pnas.2006153117