咖啡圈效应是物理学和日常生活中众所周知的一种效应，即当一滴咖啡滴在桌面上时，其颗粒物会在桌面上留下有污渍的污渍，且污渍的颜色不均匀，边缘部分比中间部分深，形成圈斑现象。特温特大学的科学家进行的一项研究表明，这是由粒子向外边缘移动的“雪崩”造成的。在喷墨和三维打印中，这是一种不理想的效果，需要克服。

现在，根据发表在《美国国家科学院院刊》上的研究结果，科学家已经证明，通过用油性层修饰表面可以抑制这种效应。德克萨斯大学研究团队的早期研究表明，如果充满颗粒的液滴蒸发，颗粒将开始向液滴边缘移动。起初，这是一个缓慢而有规律的运动，但一旦水滴因蒸发而失去高度，粒子就会无序地冲到边缘，就像雪崩一样。液体完全蒸发后，仍有一个黑环。

事实上，液滴的直径很早就决定了这个过程。研究试图防止这种情况，因为在许多情况下，需要均匀分布而不是圆形暗区。新的研究结果表明，油性表面是答案。在这种情况下，液滴也有边缘，但它受到不会蒸发的油层的限制。它还可以防止液滴边缘的水快速蒸发，从而防止颗粒向边缘移动。它们甚至以另一种方式运动:从液滴的边缘到内部。一旦所有的水都蒸发了，这些颗粒将均匀地覆盖在表面上，而不是形成一个环。

克服咖啡圈效果色斑的问题

研究人员还看到了另一种效果:油层完全被水滴覆盖。在这种情况下，会形成一定浓度的颗粒，称为纳米眼或“咖啡眼”。这可能是某些应用程序所需的效果。通过向液滴中添加表面活性剂，可以控制最终颗粒沉积从浓缩咖啡环到均匀分布。流体物理团队与打印机制造商建立了长期的研究关系。在打印机施加液滴之前，在基材上添加了特殊涂层。

新的研究成果对工艺改进非常有价值，新的见解和改进的控制对其他应用也很有价值，例如3D打印和表面图案化。更好地了解液体在表面蒸发的方式也可能提供更多关于病毒从一个人传播到另一个人的知识。这项研究是在流体物理小组和马克斯·普朗克复杂流体动力学中心进行的。一般来说，悬浮液滴的蒸发会留下环形污渍。对于许多需要均匀沉积的应用，这些污渍是一个主要问题。

这特别适用于喷墨打印、表面图案化、自组装和3D打印技术。这项研究提供了一种稳定的方法，通过让充满颗粒的液滴在油润湿的表面蒸发来抑制咖啡污渍的影响。通过添加表面活性剂调节液滴表面能，可以控制液滴周围薄膜的接触线行为、流动结构和润湿状态，从而实现可控的颗粒沉积。研究结果可能为上述应用中的均匀涂覆开辟前景，但也适用于其他复杂的液滴蒸发，如控制疾病传播和农业。

博科公园|研究/来自:特温特大学

参考期刊《美国科学院院刊》

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