光热诱导热毛细效应驱动的金纳米粒子液滴振荡与集群动力学研究及其在材料科学与微流控中的应用

《Advanced Materials》：Oscillatory and Collective Dynamics of Gold-Nanoparticle-Laden Droplets Driven by Photothermal-Induced Thermocapillarity

来自多学科团队的研究人员针对光驱动微尺度液滴行为调控难题，开展了金纳米粒子-表面活性剂复合液滴在油-油界面的光热诱导动力学研究。通过实验与模拟揭示了激光照射下金纳米粒子（AuNPs）的光热转换机制：非对称热梯度引发热毛细流动（thermocapillary）与光热对流流体动力，驱动液滴弹跳（bouncing）和集群（clustering）行为。该研究为光控软机器人及微流控系统设计提供了新范式。

　　

金纳米粒子（gold nanoparticles, AuNPs）与表面活性剂共同负载的水相液滴在油-油界面处展现出独特的光驱动耦合振荡行为。研究表明，激光照射触发AuNPs的光热转换效应，产生非对称温度梯度，进而诱导向上的热毛细流（thermocapillary flow）和光热对流衍生的流体动力。这些力与重力、浮力相互竞争，导致液滴发生弹跳运动；同时，非对称流场使邻近液滴向受光照液滴偏转，形成集群现象。该机制通过实验与数值模拟得以验证，不仅拓展了动态液滴行为的研究维度，更为光驱动系统在材料科学、软体机器人（soft robotics）和微流控（microfluidics）领域的应用提供了理论依据。