本文研究了聚四氟乙烯（PTFE）胶粒与NaCl混合液滴的蒸发过程及其图案形成机理。结果表明，PTFE颗粒对接触线具有强烈的钉扎作用，胶体液滴蒸发伴有显著的“咖啡环”效应。由于液滴中心液相区表面张力法向分力的作用，使得凝胶区存在辐射状应力，进而产生从液滴边缘向中心的辐射状裂纹，裂纹数量随胶粒的体积分数增大而减少。NaCl与PTFE胶粒的混合液滴出现了复杂多样的蒸发图案。盐的加入抑制了向外的毛细补偿流，从而有利于获得宏观上厚度均匀的沉积膜。NaCl与PTFE胶粒耦合形成了凹凸不平的枝晶状形貌，这可能是释放蒸发应力的结果。

根据实验观测，裂纹数量随波纹数量的增加而增多，可以推断蒸发裂纹是辐射状应力释放的结果。裂纹的数量随胶粒体积分数的增大（沉积膜厚度的增大）呈线性减少趋势。这是因为沉积膜厚度的增大引起弯曲模量B增大，使得辐射状应力波纹的波长增大。本文的结果与Huang等提出的模型相吻合。

辐射状应力σrr的直接来源是液滴中心液态区表面张力法向分力引起的界面失稳。另外，蒸发过程产生的Benard-Marangoni失稳易使沉积膜上自发形成辐射状微槽。这些微槽有可能构成沉积膜的缺陷，从而导致内应力释放沿着微槽进行，并最终形成辐射状裂纹。

PTFE胶粒对分散液接触线的钉扎作用

实验发现，纯水液滴和NaCl水溶液液滴在玻璃基底上蒸发时其三相接触线均发生不同程度的收缩。图1所示为NaCl溶液液滴的蒸发过程。可以看出，接触线的收缩并非连续不断，而是在一定时间内先保持“钉扎”[图1（A），（B）].在此过程中，接触角不断减小，从而使得表面张力的水平分力增大，当其超越基底对接触线产生钉扎作用时，就会引起接触线的收缩。由于基底结构的不均匀性，液滴各方向的收缩也可能是不均匀的，如图1（C）——（H）所示。由于蒸发过程中接触线不能钉扎，蒸发造成的Marangoni对流以及重力沉降作用使得NaCl在液滴中心区域富集，如图1（I）所示。因而NaCl晶体首先在液滴中心区域析出。

当液滴中NaCl含量较高时，盐并不是在液滴的边缘析出，而是在靠近边缘的位置析出。这可能是液滴蒸发初期毛细补偿流与Marangoni对流的竞争使得溶质在近边缘位置富集所致。此时，液滴边缘已成为凝胶区（表面张力小），而内部仍为液态区，因而析出的NaCl晶体将在内部液相表面张力的牵引下向内部运动，并逐渐形成更大尺寸的块状盐晶体。说明当NaCl浓度较高时，即使存在PTFE颗粒，仍有部分NaCl会按其自身生长特性形成多面体结构。而液滴边缘凝胶区枝晶的生长则与图2相类似，呈现出NaCl与胶体颗粒之间复杂耦合的特点。

结论

通过研究PTFE胶体液滴、NaCl水溶液液滴以及PTFE与NaCl混合液滴的蒸发过程，分析了其蒸发图案的结构和形成机理，结果表明，不同浓度的PTFE胶体液滴干燥后均形成显著的“咖啡环”并出现由边缘指向中心的辐射状裂纹。干燥沉积膜层厚度随PTFE质量分数的增加而增大，且厚度最大值出现在靠近边缘的位置。PTFE颗粒对接触线具有显著的钉扎作用。少量PTFE颗粒的引入使得盐溶液液滴的接触线保持不动，导致盐晶体首先在接触线处析出。PTFE与NaCl混合液滴的蒸发具有复杂的协同效应。NaCl的存在改变了胶体液滴蒸发产生的应力分布，抑制了向外的毛细补偿流，从而有利于获得宏观上厚度均匀的沉积图案。NaCl与PTFE颗粒耦合形成了凹凸不平的枝晶形貌，枝晶的生长过程有可能是释放蒸发应力的一种方式。