近日，深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)部生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院張會(huì)生教授團(tuán)隊(duì)孔湉湉博士在國際知名期刊《美國科學(xué)院院報(bào)》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）上以研究長文形式在線發(fā)表了題為“Dynamic regimes of electrified liquid filaments”的原創(chuàng)研究成果，揭示了帶電射流的多種不穩(wěn)定性現(xiàn)象的聯(lián)系和底層機(jī)理，并通過理論模型和尺度分析得到了帶電射流各流態(tài)之間動(dòng)態(tài)聯(lián)系的相圖。論文的第一作者和共同通訊作者為孔湉湉博士，普林斯頓大學(xué)的Howard A. Stone教授和香港大學(xué)岑浩璋教授為共同通訊作者，深圳大學(xué)為第一作者及通訊作者單位。
粘性液體的Coiling instability（卷繩不穩(wěn)定性）和靜電紡絲中的Whipping instability（鞭動(dòng)不穩(wěn)定性）是生活和科研中經(jīng)常碰到的兩種流體力學(xué)的現(xiàn)象，但因?yàn)檫@兩種不穩(wěn)定性從來沒有在同一個(gè)體系中同時(shí)被觀測(cè)到，所以關(guān)于這兩種現(xiàn)象之間的相似性和聯(lián)系很模糊，學(xué)術(shù)界一直存在爭(zhēng)爭(zhēng)議。該研究利用低界面張力系統(tǒng)首次在實(shí)驗(yàn)中同時(shí)觀察到靜電紡絲中的鞭動(dòng)不穩(wěn)定性與粘性流體的卷繩不穩(wěn)定性，由此對(duì)帶電射流的多種不穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)表征和理論模型的深入研究，闡明了這兩種不穩(wěn)定性的區(qū)別和聯(lián)系，并總結(jié)了帶電射流尺寸與復(fù)雜流體的物性參數(shù)和實(shí)驗(yàn)控制參數(shù)的定量關(guān)系，以及由此可產(chǎn)生的多種動(dòng)態(tài)模式。
該研究展示的電射流豐富的流態(tài)可用來拓展電射流打印的復(fù)雜度與多樣性，對(duì)電射流動(dòng)態(tài)過程的機(jī)理研究為控制打印沉積的微結(jié)構(gòu)和形貌提供了基礎(chǔ)，也是優(yōu)化設(shè)計(jì)打印墨水材料性質(zhì)參數(shù)的重要理論依據(jù)，對(duì)新一代柔性電子和先進(jìn)制造技術(shù)有重要應(yīng)用價(jià)值。這項(xiàng)工作得到國家自然科學(xué)基金青年基金、深圳市基礎(chǔ)研究項(xiàng)目以及深圳市高層次人才啟動(dòng)項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.1801053115
