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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2504.06152 (cond-mat)
[提交于 2025年4月8日 ]

标题: 通过二元液滴干燥实现大尺度颗粒的均匀沉积

标题: Uniform deposition of particles in large scale by drying of binary droplets

Authors:Zechao Jiang, Liyiming Tao, Xiuyuan Yang, Masao Doi, Ye Xu, Xingkun Man
摘要: 液滴的蒸发通常会导致颗粒呈环状沉积,这对需要高度均匀图案的应用构成了挑战。 尽管已经进行了大量努力来抑制咖啡环效应,但由于蒸发过程的复杂性和非平衡特性,实现均匀的颗粒分布仍然是一个巨大挑战。 在本工作中,我们引入并展示了一种一步干燥方法,用于二元液滴(水和2-甲氧基乙醇),可产生纳米和微米颗粒的均匀沉积。 通过调整初始水体积分数,我们可以有效控制毛细作用和马兰戈尼流之间的相互作用,从而得到从咖啡环状到均匀状再到火山状的沉积图案。 通过理论和实验分析,我们确定了实现这种高均匀性的必要条件。 这种方法不需要特殊的基底处理、颗粒改性或受控环境,并适用于各种颗粒,包括二氧化硅和聚苯乙烯。 我们的方法为制造对许多实际应用(从印刷到微电子学到生物制药)至关重要的均匀图案提供了稳健的解决方案。
摘要: The evaporation of liquid droplets often results in a ring-like deposition pattern of particles, presenting challenges for applications requiring highly uniform patterns. Despite extensive efforts to suppress the coffee ring effect, achieving a uniform particle distribution remains a great challenge due to the complex and non-equilibrium nature of the evaporation process. In this work, we introduce and demonstrate a one-step drying method for binary droplets (water and 2-methoxyethanol) that produces uniform deposition of nano- and micro-particles. By adjusting the initial water volume fraction, we effectively control the interplay between capillary and Marangoni flows, resulting in deposition patterns that vary from coffee ring to uniform and to volcano-like. Through both theoretical and experimental analyses, we determine the conditions necessary for achieving such high uniformity. This approach requires no special substrate treatment, particle modification, or controlled environments, and works for various particles, including silica and polystyrene. Our method provides a robust solution for fabricating uniform patterns that are crucial for many practical applications, ranging from printing to microelectronics to bio-pharmacy.
评论: 15页,5图
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft)
引用方式: arXiv:2504.06152 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2504.06152v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.06152
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Small, 2501549,1-10 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202501549
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来自: Xingkun Man [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 4 月 8 日 15:47:31 UTC (21,675 KB)
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