你是否有過這樣的經歷？滴落到桌面上的咖啡，在干掉之后會留下環狀的斑漬，很難清理？事實上，許多溶有固體小顆粒物質的溶液，比如牛奶和顏料，在蒸發后也會出現類似的情況。這就是“咖啡環”（coffee ring）效應，也就是指當一滴咖啡或者茶滴落桌面時，其顆粒物質就會在桌面上留下一個染色的污漬，并且污漬的顏色是不均勻的，邊緣部分要比中間更深一些，形成環狀斑的現象。

令人意想不到的是，這件微不足道的小事卻是許多科學家都難解的謎題，并且這個現象還能大大推進血液診斷的研究進展。

一個由蒙納士大學領導的國際研究小組通過研究液滴在平面上的接觸角度，以及它們的干燥過程，首次揭示了咖啡環效應背后的奧秘。這項蒙納士大學和劍橋大學合作進行的研究還開發了一個數學模型，能夠預測何時可以在硬球狀粒子系統中觀察到咖啡環。

吉爾·加尼爾（Gil Garnier）教授是蒙納士大學化學工程系的澳洲生物資源處理研究所（BioPRIA）主任，他領導的一個國際團隊對蒸發液滴如何形成圖案進行了探究——這種現象多年來一直讓物理學家迷惑不解。加尼爾教授說，這一發現主要歸功于生物資源處理研究所的邁克爾·赫泰（Michael Hertaeg）博士，這項研究為血液診斷領域拓展了一片新天地，特別對研發貧血和其他血液疾病的治療方法有重要意義。

膠體溶液在干燥后形成花紋圖案是一種常見現象，如牛奶、咖啡、油漆、氣溶膠和血液等都是如此。其中最常見的是環狀分布，因為當液體干燥的時候，液體中的顆粒都已遷移到邊緣，形成了所謂的咖啡環。這種沉積物在許多物品的制造過程中都是不受歡迎的，這讓建筑、醫療和工程專業的專家對其產生了深深的興趣。

蒙納士大學的研究結論是，液滴與濕潤表面的接觸角度決定了咖啡環的多少。當液滴與濕潤表面的接觸角度非常大時，就不會出現咖啡環?！拔覀兊难芯看_定了咖啡環形成的兩個重要的可調節變量，那就是懸浮液滴與表面形成的接觸角度，以及液體中的固體含量?！奔幽釥柦淌谡f，“雖然我們之前已經成功實現了建模，但這是我們首次揭示，每個接觸角度都有一個臨界的初始膠體體積分數，超過這個分數就不會形成環狀圖案。從本質上講，接觸的角度越小，發現環狀輪廓的可能性就越大?！?/span>

當一個液滴被放置在一個表面上時，它會很快達到一個明顯的靜止狀態，對于小液滴來說，它可以完全由接觸角度和半徑來定義。液滴表面的蒸發速率和流動性的變化取決于許多因素，包括流體的蒸汽壓力、液滴表面的幾何形狀，以及周圍空氣的流動速度和局部壓力。

接著就是進行干燥實驗，先用艾本德（Eppendorf）移液器將 6微升的溶液液滴放置在基質上，并將該液滴放置在溫度23℃、相對濕度50%的房間中，讓它在那里慢慢變干。

“我們揭示了這樣一個事實，咖啡環的存在與否完全可以通過懸浮液中顆粒的初始體積分數和懸浮液在相應表面上形成的接觸角度來預測?！奔幽釥柌┦空f，“利用這一發現，我們就能夠計算出一個模型，通過接觸角度預測各種液滴是否會形成咖啡環?！?/span>

這種建模技術及其產生的新認知，是優化制造技術和血液診斷技術的有力的新工具。

想了解澳洲訊息？請關注成都移民中介-圣捷出國。