利用激光生成液滴探针对亚100纳米前驱膜中的溶质马兰戈尼对流进行实时可视化观测

《Langmuir》：Real-Time Visualization of Solutal Marangoni Convection in Sub-100 nm Precursor Films Using Laser-Generated Droplet Probes

纳米厚液膜激光微滴示踪流动可视化方法及其机理研究，通过调控乙醇/PEG-200混合液界面张力实现微滴定向运动，结合Marangoni对流与数值模拟揭示50nm precursor film驱动机制，突破传统PIV技术厚度限制，可实时观测亚百纳米薄膜传输与浓度梯度分布。

　　

我们提出了一种无需使用示踪剂的方法，用于实时可视化纳米厚度液膜中的流动现象——这一尺度对于控制润湿和界面传输至关重要。实验表明，将一束532纳米的连续波激光（功率约1毫瓦）聚焦到5微米宽间隙内的气泡区域（该区域充满了具有不同挥发性和表面张力的液体混合物，例如乙醇/PEG-200混合物）上，可以按需自发生成富含PEG的微滴。研究发现，激光关闭后，微滴会立即脱离气泡并以约30微米/秒的速度沿直线远离液源。通过层流与物质传输的联合模拟发现，大约50纳米厚的前驱膜由于乙醇的蒸发而产生溶质驱动的Marangoni对流，从而使微滴被动地被输送。这种基于激光与微滴的技术首次实现了在厚度小于100纳米的前驱膜中观察界面流动现象（包括稳态情况），并且仅需使用标准光学显微镜即可完成。此外，当通过激光操控在基底上创建一个高浓度PEG区域时，随后生成的微滴会被吸引到该区域，这进一步证明了该方法还能用于观察基底上的局部浓度梯度。该方法突破了传统微粒子图像测速（micro-PIV）方法的厚度限制，为超薄膜传输现象的研究提供了新的实时观测手段。这些发现有助于我们更深入地理解纳米尺度上的浓度梯度驱动传输机制，并为热传输和质量传输设备的多尺度设计提供理论依据。