本文研究了聚四氟乙烯（PTFE）膠粒與NaCl混合液滴的蒸發過程及其圖案形成機理。結果表明，PTFE顆粒對接觸線具有強烈的釘紮作用，膠體液滴蒸發伴有顯著的“咖啡環”效應。由於液滴中心液相區表麵張力法向分力的作用，使得凝膠區存在輻射狀應力，進而產生從液滴邊緣向中心的輻射狀裂紋，裂紋數量隨膠粒的體積分數增大而減少。NaCl與PTFE膠粒的混合液滴出現了複雜多樣的蒸發圖案。鹽的加入抑製了向外的毛細補償流，從而有利於獲得宏觀上厚度均勻的沉積膜。NaCl與PTFE膠粒耦合形成了凹凸不平的枝晶狀形貌，這可能是釋放蒸發應力的結果。

根據實驗觀測，裂紋數量隨波紋數量的增加而增多，可以推斷蒸發裂紋是輻射狀應力釋放的結果。裂紋的數量隨膠粒體積分數的增大（沉積膜厚度的增大）呈線性減少趨勢。這是因為沉積膜厚度的增大引起彎曲模量B增大，使得輻射狀應力波紋的波長增大。本文的結果與Huang等提出的模型相吻合。

輻射狀應力σrr的直接來源是液滴中心液態區表麵張力法向分力引起的界麵失穩。另外，蒸發過程產生的Benard-Marangoni失穩易使沉積膜上自發形成輻射狀微槽。這些微槽有可能構成沉積膜的缺陷，從而導致內應力釋放沿著微槽進行，並最終形成輻射狀裂紋。

PTFE膠粒對分散液接觸線的釘紮作用

實驗發現，純水液滴和NaCl水溶液液滴在玻璃基底上蒸發時其三相接觸線均發生不同程度的收縮。圖1所示為NaCl溶液液滴的蒸發過程。可以看出，接觸線的收縮並非連續不斷，而是在一定時間內先保持“釘紮”[圖1（A），（B）].在此過程中，接觸角不斷減小，從而使得表麵張力的水平分力增大，當其超越基底對接觸線產生釘紮作用時，就會引起接觸線的收縮。由於基底結構的不均勻性，液滴各方向的收縮也可能是不均勻的，如圖1（C）——（H）所示。由於蒸發過程中接觸線不能釘紮，蒸發造成的Marangoni對流以及重力沉降作用使得NaCl在液滴中心區域富集，如圖1（I）所示。因而NaCl晶體首先在液滴中心區域析出。

當液滴中NaCl含量較高時，鹽並不是在液滴的邊緣析出，而是在靠近邊緣的位置析出。這可能是液滴蒸發初期毛細補償流與Marangoni對流的競爭使得溶質在近邊緣位置富集所致。此時，液滴邊緣已成為凝膠區（表麵張力小），而內部仍為液態區，因而析出的NaCl晶體將在內部液相表麵張力的牽引下向內部運動，並逐漸形成更大尺寸的塊狀鹽晶體。說明當NaCl濃度較高時，即使存在PTFE顆粒，仍有部分NaCl會按其自身生長特性形成多麵體結構。而液滴邊緣凝膠區枝晶的生長則與圖2相類似，呈現出NaCl與膠體顆粒之間複雜耦合的特點。

結論

通過研究PTFE膠體液滴、NaCl水溶液液滴以及PTFE與NaCl混合液滴的蒸發過程，分析了其蒸發圖案的結構和形成機理，結果表明，不同濃度的PTFE膠體液滴幹燥後均形成顯著的“咖啡環”並出現由邊緣指向中心的輻射狀裂紋。幹燥沉積膜層厚度隨PTFE質量分數的增加而增大，且厚度最大值出現在靠近邊緣的位置。PTFE顆粒對接觸線具有顯著的釘紮作用。少量PTFE顆粒的引入使得鹽溶液液滴的接觸線保持不動，導致鹽晶體首先在接觸線處析出。PTFE與NaCl混合液滴的蒸發具有複雜的協同效應。NaCl的存在改變了膠體液滴蒸發產生的應力分布，抑製了向外的毛細補償流，從而有利於獲得宏觀上厚度均勻的沉積圖案。NaCl與PTFE顆粒耦合形成了凹凸不平的枝晶形貌，枝晶的生長過程有可能是釋放蒸發應力的一種方式。