弹粘塑性液滴撞击超疏水表面时形成的"珍珠链"结构奇异射流

这篇研究揭示了弹粘塑性(EVP)液滴撞击超疏水表面时产生的新型"珍珠链"结构奇异射流(BOAS)现象。通过高速成像和理论分析，发现其空腔塌陷遵循1/2幂律，射流形成阶段存在从惯性-毛细管机制向弹性-毛细管机制的转变，并建立了韦伯数(We)与EVP浓度间的临界条件关系，为微流体控制和非牛顿流体应用提供了新见解。

　　

亮点

研究发现弹粘塑性(EVP)液滴撞击超疏水表面时会产生具有"珍珠链"(beads-on-a-string, BOAS)结构的全新奇异射流现象。与传统牛顿流体产生的奇异射流不同，BOAS射流在液柱拉伸断裂过程中展现出独特的弹性-毛细管耦合机制。

实验方法

图1(A)展示了液滴撞击实验装置。为对比牛顿流体与EVP流体的差异，选用纯水和卡波姆ETD 2050溶液（纯度≥99.7%）作为实验材料。该卡波姆溶液具有可控的屈服应力和弹性应力，在剪切速率变化时表现出优异的稳定性。

BOAS奇异射流现象

如图1(B)所示，牛顿流体（纯水）液滴在铺展阶段会形成"帽状"结构，而EVP流体则表现出显著不同的动力学行为：空腔结构由中心薄液膜和环形边缘构成，在收缩阶段遵循1/2幂律关系，与牛顿流体相似；但在射流形成阶段，弹性作用导致液柱产生周期性颈缩，形成特征性的"珍珠链"结构。

结论

研究首次报道了EVP液滴撞击超疏水表面时产生的BOAS奇异射流。该现象在空腔收缩阶段与牛顿流体相似，但在液柱断裂过程中存在从惯性-毛细管机制向弹性-毛细管机制的转变。随着EVP浓度增加，产生BOAS射流所需的临界韦伯数(We)相应提高，这为微流体控制和功能材料设计提供了新思路。