Marangoni-driven spreading of miscible liquids in the binary drop geometry
当两种具有不同表面张力的液体接触时，具有较低表面张力的液体在另一种液体上扩散。这种马兰哥尼驱动的蔓延已被研究了各种几何形状和表面活性剂，但二元几何形状（滴-滴）的动力学几乎没有定量研究，尽管其相关的滴封装应用。在这里，我们使用激光诱导荧光（LIF），以解决时间的距离$L(t)$，其中一个低表面张力的下降蔓延超过一个可混溶的高表面张力下降。测量液体之间的各种表面张力差和各种粘度的$L(t)$，揭示具有扩展指数$α\approx 0.75$的幂律$L(t)\sim t^α$。该值与先前在深浴上的粘度限制铺展的结果一致。一个单一的重新缩放的距离作为重新缩放的时间的函数的幂律合理地捕获我们的实验，以及不同的几何形状，可折叠性，和表面张力改性剂（溶剂和表面活性剂）。这一结果使得工程的广泛的液-液系统的扩散动力学。
2018-08-07 physics.flu-dyn
Bursting of Dilute Emulsion-Based Liquid Sheets Driven by a Marangoni Effect
我们研究了在空气中膨胀的薄液体片的不稳定机制，并表明稀水包油乳液基片通过成核和生长的孔，包围片崩解。孔外板的速度场和厚度场不受孔的扰动，开孔遵循泰勒-库里克定律。我们发现，一个预孔，加宽和变薄的片随着时间的推移，系统地先于孔成核。预孔的生长动力学遵循理论上预测的由于Marangoni应力而在较高表面张力的另一液体上的液体扩散的规律。经典的Marangoni扩散实验定量地证实了我们的发现。
2015-11-02 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Marangoni spreading on liquid substrates in new media art
本文研究墨水/酒精液滴在不同流变液体基底上的 Marangoni 铺展，通过幂律指数、粗糙度与分形维数揭示基底非线性流变和 Laplacian 输运对树枝状图案形成的主导作用。
2023-12-09 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Hydrodynamic signatures of stationary Marangoni-driven surfactant transport
我们实验研究了稳定的Marangoni驱动的表面活性剂输运的界面上的深水层。使用流体动力学测量，而不使用任何知识的表面活性剂的物理化学性质，我们表明，十二烷基硫酸钠和Tergitol 15-S-9引入低浓度的结果在流动驱动吸附的表面活性剂。在较高的表面活性剂浓度下，流动由溶解的表面活性剂主导。使用樟脑酸，其属性是{ \it先验}未知的，我们证明了这种方法的有效性，通过显示其扩展是吸附为主。
2017-10-08 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann study of chemically-driven self-propelled droplets
我们数值研究了自推进液滴的行为，其运动是由一个Marangoni样流触发。后者是由影响液滴表面张力促进其运动的表面活性剂浓度的变化产生的。在本文中，采用了第三个两亲性组分的液滴模型。动力学方程采用Navier-Stokes方程和对流扩散方程描述，数值求解采用格子玻尔兹曼方法和有限差分格式。我们专注于两个案例。首先研究了孤立液滴的自推进，然后研究了两个自推进液滴的相互作用。在这两种情况下，当表面活性剂向界面迁移时，在液滴内部形成速度场的四极涡并引起运动。相反，当表面活性剂主要在本体中稀释时，出现较弱的偶极场。两个相互作用的液滴的动力学更加复杂，并且强烈地依赖于它们的相互距离。如果在正面碰撞中，液滴足够接近，速度场最初会吸引它们，直到达到静止的稳定状态。如果液滴垂直移动，则流体动力场导致初始相互吸引，随后是沿相反方向的散射。这种流体动力学相互作用于一些液滴半径的分离，否则它变得可以忽略不计，并且液滴运动仅由Marangoni效应驱动。最后，如果液滴之一是被动的，则后者通常由主动液滴产生的流体流平流输送。
2017-11-29 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Interface dynamics under nonequilibrium conditions: from a self-propelled droplet to dynamic pattern evolution
本文主要根据我们最近的研究结果，描述了非平衡条件下接触线的不稳定性。给出了两个实验实例：液滴的自推进运动和自发动态斑图形成。对于液滴的自推进运动，我们介绍了一个实验，其中苯胺液滴坐在水层自发地在空气-水界面移动。马兰哥尼驱动的扩散的自发对称性破缺导致规则运动。在圆形培养皿中，液滴呈现直线运动或圆周运动。另一方面，我们显示了一个动态的脱湿的亚稳薄膜从空气-水界面所造成的图案的出现。有机相和水相的接触线形成了一个独特的时空模式，其特征在于动态的水凝胶。接触线的运动由扩散过程控制。我们提出了一个理论模型来解释所观察到的动态行为的基本方面。
2012-08-22 cond-mat.soft nlin.PS physics.flu-dyn
Pattern Formation in Isothermal Miscible Protein/Sugar Systems Driven by Marangoni Effects and Evaporation
本研究通过实验与建模，发现等温可混溶蛋白质/糖系统中由马兰戈尼效应和蒸发驱动的螺旋图案形成机制，扩展了图案形成的条件，并有望应用于涂层、材料科学和微流体等领域。
2025-02-27 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Marangoni flow at droplet interfaces: Three-dimensional solution and applications
马兰戈尼效应是指由流体-流体界面处的表面张力的梯度引起的流体流动。我们确定了完整的三维Marangoni流所产生的非均匀的表面张力配置文件在界面上的自推进球形乳液液滴。对于液滴内部、外部和界面处的所有流场，我们给出了解析公式。我们还计算了液滴速度矢量$\mathbf{v}^D$，它描述了液滴的游泳运动学，并概括了蠕动参数$β$，它区分不同的游泳者类型，称为中性，推动者，或拉。在本文的第二部分中，我们提出了两个说明性的例子，其中马兰戈尼效应用于活性乳液液滴。首先，我们演示了胶束吸附如何自发打破最初不含表面活性剂的乳液滴的各向同性对称性，然后进行定向运动。其次，我们考虑光可切换的表面活性剂和激光，以在液滴界面处创建具有不同表面活性剂类型的贴片。根据设置，如激光的波长和表面活性剂类型的外部散装流体，可以推动液滴沿着不稳定的轨迹或拉他们沿着直线或振荡的轨迹由特定的参数调节。我们探讨这些情况下，强吸收和透明的液滴。
2015-12-17 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Axisymmetric spreading of surfactant from a point source
在计算的指导下，我们从理论上计算了表面活性剂以恒定速率引入到流体界面的Marangoni应力驱动下的定常流动。两个单独的极端情况下，其中的表面活性剂动力学是由吸附相或溶解相为主被认为是。我们专注于的情况下，表面活性剂源的大小是远远小于流体域的大小，和由此产生的Marangoni应力的粘性力，使流量是最强的边界层接近的接口。我们推导出所产生的流量在一个区域远大于表面活性剂源，但小于域的大小所描述的近似与自相似的配置文件。当表面活性剂在吸附相中扩散时，流体速度的径向向外分量随着径向距离$r$衰减为$r^{-3/5}$，当表面活性剂在溶解相中扩散时，流体速度的径向向外分量随着径向距离$r$衰减为$r^{-1}$。在这两种情况下，出现了与系统参数无关的通用流动剖面。三个水动力签名确定区分这两种情况下，并验证我们的分析与连续严格的测试的适用性。
2017-09-11 physics.flu-dyn
Collision between chemically-driven self-propelled drops
本文用解析和数值方法研究了两个自推进液滴的迎面碰撞问题。每一滴都是由化学反应驱动的，化学反应产生或消耗浓度各向同性。浓度场的各向同性分布被液滴的运动破坏，液滴的运动本身是由浓度依赖的表面张力的Marangoni流产生的。这种打破束缚的自推进与其他自推进机制不同，这是由于内在的极性，如蠕动和自泳运动;有一个分叉点，在该点以下液滴是静止的，在该点以上它自发地移动。当两个液滴沿同一轴线运动时，液滴之间的相互作用既有流体力学的作用，也有浓度重叠的作用。我们发现，两滴表现出弹性碰撞或融合取决于从分歧点的距离控制，例如，由粘度。弹性碰撞是由化学反应的耗散和能量注入之间的平衡引起的。我们推导了两滴之间碰撞的简化方程，并分析了两种相互作用的贡献。浓度介导的相互作用被发现占主导地位的流体动力学相互作用。
2016-10-06 cond-mat.soft nlin.PS physics.bio-ph
Interfacial aggregation of self-propelled Janus colloids in sessile droplets
封闭系统中的活微生物通常经历对种群边界的亲和力。这种对界面的亲和力的原因可能是它们的定向运动和流体动力学相互作用的组合，其距离大于它们自身的大小。在这里，我们将表明，自推进Janus颗粒（聚苯乙烯颗粒部分涂有铂）浸没在水滴和过氧化氢倾向于积累在附近的液体/气体界面。有趣的是，尽管存在由溶质Marangoni流引起的蒸发驱动流，但界面累积仍会发生，所述溶质Marangoni流通常倾向于在液滴的本体内重新分布颗粒。通过被动胶体（流动示踪剂）进行额外的实验，并与粒子的主动运动和流体流动的数值模拟比较，我们解开观察到的界面粒子积累背后的主导机制。这些结果使我们能够在活跃的Janus粒子和一些生物微泳者之间进行类比，了解它们如何与环境相互作用。
2022-12-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Confinement-induced drift in Marangoni-driven transport of surfactant: a Lagrangian perspective
本研究通过拉格朗日视角分析了受限液体薄膜中表面活性剂Marangoni驱动扩散的粒子轨迹，揭示了约束引起的漂移和流动反转现象，并利用最优输运理论求解Monge-Ampère方程高效生成墨流艺术图案。
2024-03-01 cond-mat.other physics.flu-dyn
Behavior of self-propelled acetone droplets in a Leidenfrost state on liquid substrates
它表明，非聚结液滴的丙酮可以在液体基板上形成。记录了悬浮在水面上的丙酮液滴周围和内部的流体流动，以阐明可能导致非聚结的机制。对于足够低的冲击速度，液滴在液体基质的表面上经历阻尼振荡，但在较高的速度下发生干净的反弹。实验观察到的静态配置的浮动液滴的预测从一个理论模型为一个小的非润湿的刚性球体休息在液体基板上的比较和一个试探性的策略，用于确定下一个小液滴在液体上的蒸汽层的厚度提出。该策略基于有效表面张力的概念。液滴以可以归因于马兰戈尼效应的方式在直线轨迹中显示自推进。令人惊讶的是，自推进的水滴可以浸入未受干扰的水面之下。这种现象被认为是阻力诱导的，并可能提供一个基础，在以前的工作中改进的意见。
2017-02-10 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tunable self-emulsification via viscoelastic control of Marangoni-driven interfacial instabilities
研究提出利用高分子量聚合物引入粘弹性来主动调控液-液界面Marangoni驱动的自乳化现象，通过实验与理论分析揭示了聚合物浓度与破碎前指状物长度的定量关系，为软材料系统中的界面动力学控制提供了预测性框架。
2025-05-29 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Film coating by directional droplet spreading on fibers
植物和昆虫使用细长的圆锥形结构来运输和收集小液滴，由于毛细作用，这些小液滴沿着圆锥形结构被推进。这些液滴可以在其运动过程中沉积流体膜，但尽管其对许多生物系统和工业应用的重要性，沉积膜的性质是未知的。我们开发一个渐近分析与实验测量和数值模拟的基础上的润滑方程的膜沉积。我们发现，沉积的薄膜厚度取决于纤维半径和液滴的大小显着，突出的涂层是受有限的尺寸效应相关的任何细长的几何形状的纤维上的薄膜沉积。我们证明，通过改变液滴的大小，而平均纤维半径和毛细管数是固定的，沉积膜的厚度可以改变一个数量级或更多。我们表明，自推进液滴有显着的潜力，创造被动涂层结构。
2020-09-02 physics.flu-dyn
Spreading and retraction dynamics of sessileevaporating droplets comprising volatile binary mixtures
研究了由二元混合物组成的挥发性液滴在加热衬底上的沉积动力学。利用润滑理论，我们开发了一种新的单侧模型来预测的挥发性二元混合物在具有高润湿性的基板上形成的蒸发固着轴对称液滴的扩展和收缩。考虑了液滴性质随浓度的变化以及惯性的影响，研究了具有运动接触线的细液滴。参数空间进行了探索和由此产生的润湿和蒸发的影响进行了评估。在所有情况下，增加溶质Marangoni应力增强铺展速率，接近超铺展液体的铺展速率。为了验证我们的模型，进行实验与二元乙醇-水滴从下面加热的亲水性载玻片上传播。量化的铺展速率，揭示了在接触线处更易挥发的组分（乙醇）的优先蒸发驱动超铺展，在某些情况下导致接触线不稳定。我们的模型和实验之间的定性协议，与定量协议正在实现的扩散率。
2020-09-22 physics.flu-dyn
Self-healing Dynamics of Surfactant Coatings on Thin Viscous Films
我们研究了不溶性表面活性剂在薄粘性流体表面上向内扩散以填充无表面活性剂区域的动力学。在表面活性剂自我修复的初始阶段，马兰戈尼力驱动轴对称脊向内合并成一个不断增长的中心扩张;这与脊衰减的向外扩展不同。在后来的动力学中，膨胀缓慢衰减，表面活性剂浓度达到平衡。我们目前的结果，从实验中，我们同时测量表面活性剂的浓度（使用荧光标记的脂质）和流体的高度分布（通过激光轮廓仪）。我们比较的结果模拟的数学模型，使用我们的实验参数。对于表面活性剂浓度接近但低于临界单层浓度，我们观察到的高度分布之间的协议在数值模拟和实验，但表面活性剂分布的分歧。在较低浓度的实验中，表面活性剂扩散和马兰戈尼脊的形成不再存在，并且仍然存在持久的无脂质区域。这一观察结果没有被模拟捕获，对于均匀覆盖有利的应用具有不期望的影响。最后，我们探讨的效果的一般性，并发现，类似大小的膨胀产生独立的初始流体厚度，初始清洁区域的大小，和表面活性剂类型。
2014-02-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Intricate Role of Thermal Properties and Volatility in Droplet Spreading: A Generalization to Tanner's Law
针对挥发性液滴铺展机制不明确的问题，本文结合建模与实验揭示了毛细、蒸发与热Marangoni效应的时空作用规律，推广Tanner定律得到蒸发液滴铺展定律，为多场景液体输运调控提供了理论支撑。
2023-08-23 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Chemomechanical motility modes of partially wetting liquid droplets
本文提出了一个热力学一致模型，揭示了自催化表面活性剂、Marangoni效应与润湿动力学耦合下的液滴自驱动运动模式及其分岔机制，为仿生液滴及化学活性相分离系统提供理论参考。
2025-09-17 cond-mat.soft nlin.AO physics.flu-dyn
Mixing and unmixing induced by active camphor particles
在这项实验研究中，我们报告的混合性能的界面胶体浮子（玻璃泡）的化学和流体动力学电流所产生的自推进樟脑磁盘游泳在空气-水界面。尽管玻璃泡分布达到统计学上的稳定状态，但这些漂浮物总是保持仅部分混合。这种中间状态的结果之间的竞争（i）混合诱导的无序运动的许多樟脑游泳者和（ii）unmixed促进的化学云连接到每个单独的自推进盘。混合/不混合的特点是全球使用的浓度和光谱的标准偏差，但也更局部的平均浓度场周围的游泳者。除了分层过程，该系统开发了一个“类似的”浓度谱，与大尺度区域，惯性制度和Batchelor区域。我们发现，不混合是由于周围的樟脑游泳者的马兰戈尼流，并与可压缩效应。
2021-01-07 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Transport and dispersion of active particles in periodic porous media
自推进颗粒如细菌和泳动游泳者通过拥挤的异质环境的运输与许多自然和工程过程有关，从生物膜形成和污染过程到土壤和生物医学设备中的运输。虽然已经取得了实验进展，在这些系统中的平均输运性质的理论理解一直缺乏。在这项工作中，我们应用广义泰勒色散理论来分析一个积极的自我推进的布朗粒子下，通过一个周期性的晶格，作为一个理想化的多孔介质的间隙施加流传输的长时间统计。我们的理论模型，我们验证对布朗动力学模拟，适用于解开运动，流体流动，晶格几何形状的渐近平均速度和分散性的作用。在弱流中，输运主要由主动弥散控制，主动弥散是在噪声存在下自推进的结果，并受到作为熵障的障碍物的阻碍。在强流中，剪切引起的泰勒色散成为传播的主要机制，柱体现在充当剪切产生区域，增强色散。这两种效应的相互作用导致复杂和意想不到的趋势，如非单调依赖的轴向分散性的流动强度和减少分散由于游泳活动在强流。布朗动力学是用来投射光的前渐近制度，在那里观察到的尾部分布与最近的实验活动的微生物。我们的研究结果还突出了柱形状的微妙影响，它可以用来控制分散的大小，并在静态系统中驱动净粒子迁移。
2019-01-09 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Ferrofluid Droplet Behavior on Gradient Surfaces Inside a Uniform Magnetic Field
液滴在固体表面上的自发运动是不平衡的表面张力力的结果，其有时被称为“马兰戈尼效应”。这可以由表面温度的差异或表面的形貌或化学性质的不均匀性被动或主动地触发。例如，毛细管内液体的吸收、亲水或疏水基底上的水平冰芯吸以及喷墨打印只是卢卡斯-沃什伯恩方程可以相当好地预测液滴行为特征的一些经典说明。相比之下，这项研究揭示了一个以前没有研究过的液滴行为的例子，没有很好地预测卢卡斯-沃什伯恩方程，即在均匀磁场的存在下，铁磁流体液滴的运动。当铁磁流体液滴水平地暴露于在楔形的两亲性表面张力梯度上的外部均匀磁场时，它似乎违反了Lucas-Washburn方程，该方程预测液滴行进距离应该与时间的平方根成比例（即l~t^（1/2））。相反，我们的实验结果表明，铁磁流体液滴的运动速度较慢的关系，（1 ~t^（1/3））。此外，由于水基铁磁流体液滴的相对高的粘度，我们观察到，在运动的开始，粘毛管效应占主导地位的磁性的影响，和液滴往往遵循众所周知的关系，（1 ~t^（1/10））。液滴扩散的初始阶段被称为“坦纳定律”。
2019-10-30 cond-mat.soft physics.flu-dyn
