作者：司自卫（18级博士生）

文章指导：王晶

　　一个在冲咖啡时再常见不过的现象，居然登上了1997年的Nature封面？

　　在咖啡溅在桌上时，稍稍留心液体蒸发后咖啡液滴留下的印记，你会发现，液滴边缘位置形成了一个比中间区域颜色要深很多的暗环，这意味着在边缘位置沉积的咖啡小颗粒浓度比中间区域的浓度要高得多，这种不均匀沉积的现象被称作“咖啡环”效应。

　　研究者解释了“咖啡环”的出现是由于毛细现象固定液滴的边界，接近边缘蒸发的液体必须由内部的液体补充，因而形成由内部流向边缘的液体流。这样造成的流动几乎可以把所有的溶质带到边缘部位。

咖啡环形成的必要条件：液滴三相线的定扎和液滴不均匀蒸发引起的外向毛细流动

　　事实上，许多溶有固体小颗粒物质的溶液，在液体蒸发后也会出现类似的情况。这不仅仅是一种令人好奇的效应，更是与众多需要固体颗粒均匀沉积的应用都相关的特别现象，例如:喷墨打印、光子元件组装、DNA（脱氧核糖核酸）、芯片制造等。

　　此外研究团队阐述了如何通过改变溶液中的颗粒形状，来破坏恼人的“咖啡环效应”。这一发现为实现均匀沉积固体颗粒层提供了新的途径。为了避免不均匀沉积现象（更多时候我们都希望均匀沉积），科学家都在竭尽全力寻找能在蒸发后生成均匀固体颗粒层的方法。殊不知，只需简单改变悬浮颗粒的形状，就能去除这种效应。研究人员表示，不同的粒形可以改变空气和液体交界面上的薄膜的性质，这对蒸发过程可造成巨大影响。

　　为此，科研人员在实验中使用了大小一致的塑料颗粒。他们先用球形颗粒做了实验，然后又对多种偏心率的椭圆颗粒进行了同样的研究。结果显示，球形颗粒很容易从界面中脱离出来，它们能轻易绕过另一个同类颗粒，因为这种颗粒基本上不会改变空气和液体的交界面。而椭圆颗粒则能引起交界面的起伏波动，并可由此引发椭圆颗粒之间强烈的吸引作用，抵消液滴蒸发时将球状颗粒向液滴边缘“驱赶”的动力。因此椭圆颗粒更容易被“卡”在半道上，而不向液滴边缘聚集。这些“卡住”的颗粒能在蒸发过程中继续沿液滴所在的表面流动，它们越来越多地阻碍了同类颗粒，造成了粒子“大塞车”，从而最终均匀覆盖在液滴的表面。实验数据表明，当球形颗粒的拉伸比达到20%时，颗粒就会一致地沉积在物体表面。此外，也可以采取加入表面活性剂的方法改变液滴中表面张力的方式避免“咖啡环”现象的发生。

　　指导老师点评：

　　这篇短文选材和描述都很得体，是一则可读性很强的科普小品。

（图文/通讯员司自卫  指导老师王晶  华南软物质科学与技术高等研究院）