Термогидродинамика испарения коллоидных капель, формирование и морфология осадочных структур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат наук Макаров Петр Георгиевич

• Макаров Петр Георгиевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Макаров Петр Георгиевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор современного состояния исследований

1.1. Испарение жидкости из ограниченных объемов

1.2. Температурные зависимости морфологий структур после испарения коллоидных капель

1.3. Особенности испарения коллоидных капель биологически активных жидкостей

1.4. Коалесценция капель коллоидных жидкостей

1.5. Подавление эффекта кофейных колец

1.5.1. Подавление пиннинга контактной линии

1.5.2. Подавление возникновения конвективных потоков

1.5.3. Универсальные методы подавления эффекта кофейных колец

1.6. Термогидродинамика испарения коллоидных капель на подложке: теоретические представления и модели

1.6.1. Сферическая капля, пиннинг-мода, стационарная диффузия пара

1.6.2. Размерные и безразмерные величины в теплофизике испарения коллоидных капель

1.6.3. Контроль формы капли (капиллярное число)

1.6.4. Число Бонда

1.6.5. Контроль переноса импульса -эффекты инерции

1.6.6. Конвекция или теплопроводность в жидкой фазе

1.6.7. Контроль теплопереноса и движения капель за счет сил плавучести (термического расширения)

1.6.8. Эффект Марангони и термоиндуцированные течения

1.6.9. Время установления теплового равновесия

1.6.10. Процессы в газовой фазе

1.6.11. Тепловые процессы на подложке и их влияние на процессы испарения

1.7. Выводы к главе

ГЛАВА 2. Описание экспериментальных методик и приборов

2.1. Исследуемые жидкости

2.2. Подложки

2.3. Описание экспериментальных методик и приборов для исследования высыхания свободно лежащих капель

2.3.1. Изучение изменения профиля капли, свободно лежащей на подложке

2.3.2. Определение изменения пропускающей способности высыхающей капли

2.3.3. Изучение морфологии осаждающихся структур

2.3.4. Подложки и осуществление их нагрева

2.3.5. Выстраивание массивов капель

2.4. Описание экспериментальных методик и оборудования для исследования воздействия лазерного излучения на капли коллоидов

2.4.1. Воздействие лазерного луча на каплю коллоидного раствора

2.4.2. Исследование воздействия лазерного излучения на контактную линию капли, лежащей на наклонной поверхности

2.5. Оценка неопределенностей

2.6. Выводы к главе

ГЛАВА 3. Процессы испарения и морфология осадочных структур в наноколлоидах

3.1. Постановка задач исследования

3.2. Оптическое исследование высыхания капель коллоидных растворов. Динамика изменения геометрии капли

3.3. Спектрофотометрическое исследование высыхания капель коллоидных растворов. Оценка процесса высыхания капель путем анализа динамики изменения ее светопропускания

3.4. Морфология осаждающихся структур

3.5. Влияние нагрева подложки на термогидродинамику испарения и морфологию осадочных структур

3.5.1. Скорость высыхания капель при разных температурах подложки

3.5.2. Исследование влияния температуры подложки на ширину образующихся кольцеобразных осаждений

3.5.3. Исследование влияния температуры подложки на высоту образующихся кольцеобразных осаждений

3.6. Формирование осадочных структур при высыхании массивов капель наноколлоидов

3.7. Выводы к главе

ГЛАВА 4. Взаимодействие лазерного излучения с коллоидными каплями и термогидродинамическое управление морфологией

4.1. Постановка задачи взаимодействия лазерного излучения с коллоидными каплями

4.1.1. Используемые подложки и материалы исследования

4.1.2. Рабочие жидкости и коллоидные компоненты

4.1.3. Подготовка и проведение экспериментов

4.2. Результаты экспериментов

4.2.1. Экспериментальное исследование дистиллированной воды и вещества вода+глицерин

4.2.2. Экспериментальное исследование раствора №С1 0,9%, наноалмаз в физиологическом растворе №С1 0,9% и А1203 в щелочи

4.2.3. Экспериментальное исследование оксида железа в физ. растворе №С1 0,9%

4.2.4. Движение капли оксида железа в физ. растворе №С1 0,9% по наклонной плоскости против силы тяжести

4.2.5. Поведение капли наноколлоида железа на сажевом отложении

4.3. Фонтанирование капли оксида железа в физ. растворе №С1 0,9% при воздействии перпендикулярного лазерного излучения

4.4. Другие эксперименты по исследованию воздействия лазерного излучения на капли различных жидкостей

4.4.1. Нагрев капель наноколлоидного раствора оксида железа с добавлением микросфер

4.4.2. Вода+микросферы и микроколлоидный раствор кофе

4.4.3. Капля наноколлоида оксида железа на алюминиевых подложках с углублениями различных размеров

4.5. Модели взаимодействия капель наноколлоидов с лазерным излучением

4.5.1. Предварительные оценки процессов

4.5.2. Модели процессов взаимодействия лазерного излучения с мультиколлоидными жидкостями

4.6. Выводы к главе

ГЛАВА 5. Модели испарения наноколлоидных капель и формирования морфологии отложений на поверхности

5.1. Испарение капель, лежащих на подложках

5.2. Особенности испарения капель наноколлоидов

5.3. Формирование морфологии и разрушение структур в процессе высыхания капель наноколлоидов

5.4. Новая модель испарения наноколлоидных капель, лежащих на нагретых подложках

5.5. Выводы к главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Термогидродинамика испарения коллоидных капель, формирование и морфология осадочных структур»

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы исследования

Актуальность темы исследования связана с активным развитием интереса к термогидродинамике и теплофизике испарения ограниченных объемов коллоидных жидкостей (т.е. жидких объемов, содержащих нерастворимые частицы различных размеров и формы). Этот интерес постоянно возникал на протяжении всего XX столетия, однако новое развитие направления активизировалось после работ, связанных с обнаружением структур кольцевого типа при испарении коллоидных капель (кофе-ринг-эффект) различной морфологии. Казавшиеся поначалу исключительно фундаментальными исследования испарения коллоидных капель в настоящее время вылились в широкую гамму не только фундаментальных, но и прикладных исследований и новых технологий. Исследования в данной области могут оказаться полезными в целом ряде приложений:

• принтерная печать, в том числе при нанесении рисунков электронных компонент для гибкой электроники;

• ЭЭ-принтинг для изготовления LED (светодиоды) и OLED (органические светодиоды) структур из квантовых точек;

• создание медицинских и биологических меток;

• медицинский анализ, в т.ч. в криминалистике, капель крови по структуре высыхания;

• разработка новых методов испарительной литографии;

• решение проблем смачивания и растекания капель коллоидных жидкостей;

• получение фотонных кристаллов для нанофотоники;

• исследование образования нежелательных отложений коллоидных жидкостей в энергетике и электронике, в т.ч. при создании систем охлаждения электронных устройств капельно-оросительным методом;

• технология нанесения функциональных покрытий и т.п.

В данной работе использовались как известные, так и новые или специально разработанные методы анализа процессов испарения коллоидных капель, включая спектрометрические исследования, скоростную видеосъемку, анализ в оптической и электронной микроскопии морфологии получающихся отложений. Проведены исследования коалесценции капель, что важно для разработки перспективных технологий 2D и 3D печати на гибких подложках. Отдельно рассмотрены задачи управления коллоидными каплями путем воздействия на них лазерным излучением.

Степень разработанности проблемы

Изучение процессов испарения капель жидкостей с коллоидными частицами микро- и наноразмеров ведутся более 15 лет. За это время было проведено значительное число экспериментальных исследований и проведено аналитическое и численное моделирование происходящих процессов (группы Дигана, Анифантакиса, Ларсона, Парка, Высоцкого, Ролдугина, Тарасевича и др.). Практически по каждому из вышеуказанных приложений проводились и проводятся самостоятельные работы. Можно сказать, что до недавнего времени исследования носили достаточно разрозненный характер, т.е. каждая отдельная научная группа работала в узкоспециализированной области.

Несмотря на заметное число публикаций в этой области исследований, в последние годы сложились новые принципиальные представления, существенно изменившие картину динамики испарения жидкости и образования осадочных структур. Возникает необходимость систематизации, составления так называемой карты режимов высыхания капель коллоидных растворов. Влияющими факторами могут быть:

• внешние параметры (влажность, наличие конвекции в окружающем каплю газе и т.д.);

• состав коллоидного раствора и концентрация отдельных компонент;

• теплофизика испарения (температура подложки, скорость подвода тепла, наличие конвективных потоков в капле и вокруг нее);

• наличие поверхностно-активных веществ в капле или полимерных добавок и пр.

Существенное внимание уделяется изучению влияния температурных режимов и скорости нагрева и испарения на формирование отложений.

Цели и задачи

Целью работы является исследование теплофизических и термогидродинамических процессов, происходящих при испарении наноколлоидных капель применительно к современным и перспективным задачам энергетики, биологии и медицины, принтерным технологиям с целью повышения их эффективности и расширения возможных областей приложения. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

• разработка и модификация измерительных блоков для изучения термогидродинамики испарения капель наноколлоидных растворов, в том числе для исследования влияния температуры подложки на динамику высыхания и морфологию осаждающихся структур;

• разработка и использование спектрометрических методов изучения динамики и геометрии высыхающих капель наноколлоидов;

• изучение коалесценции наноколлоидных капель и формирования коалесцентных структур, влияния на них тепловых и термогидродинамических факторов;

• исследование влияния внешних воздействий, в частности, лазерного излучения, на наноколлоидные и гибридные (наноколлоид + мифросферы) мезоструктуры, изучение новых физических явлений при таком воздействии.

• разработка и создание простых моделей протекающих термогидродинамических процессов;

• сравнение результатов, получаемых в рамках этих моделей, с полученными в работе экспериментальными данными.

Научная новизна

Научная новизна исследований, проведенных в рамках данной работы, состоит в следующем:

• разработана методика спектрометрического исследования динамики испарения коллоидных капель, позволившая проанализировать изменение концентрации наночастиц в процессе высыхания;

• впервые выделены три стадии процесса испарения наноколлоидных капель с точки зрения светопропускания;

• проведен анализ изменения морфологии осаждений, остающихся после высыхания капель коллоидных растворов наночастиц Fe20з и Si02 в зависимости от теплофизических условий; обнаружена и экспериментально обоснована сильная температурная зависимость размеров осаждений, остающихся после испарения жидкой фазы;

• разработана методика исследования высыхания массивов капель наноколлоидных растворов; проведены измерения времен высыхания в режиме коалесценции, а также проанализированы характерные морфологические структуры, образующиеся в этом режиме;

• впервые обнаружена и количественно оценена возможность управляемого перемещения капель коллоидных и мультиколлоидных капель, содержащих металлические микросферы, в том числе против действия силы тяжести;

• обнаружен эффект сильного термогидродинамического воздействия лазерного излучения на коллоидные капли, вплоть до фонтанирования тонких струй и выброса микрокапель и микропузырьков из коллоидных капель;

• предложена новая модель высыхания наноколлоидных капель; проведенное сравнение результатов показало хорошее согласование с полученными в работе экспериментальными данными.

Теоретическая и практическая значимость работы

Теоретическая значимость работы:

• изучение закономерностей термогидродинамики испарения капель жидкостей, содержащих коллоидные наночастицы;

• исследование возможностей управления формированием структур различной морфологии под влиянием варьируемых теплофизических факторов;

• применение нестандартных методик наблюдений (оптических и спектрометрических) для анализа процессов высыхания ограниченных объемов жидкостей;

• разработка и апробация моделей испарения наноколлоидных капель и формирования осадочных структур различной морфологии. Практическая значимость работы состоит в возможном применении

разработанных методик и полученных результатов:

• для улучшения технологии струйной печати, в частности, на гибких непроницаемых подложках;

• в медицине и биологии, а также в криминалистике, для анализа биоактивных жидкостей, например крови, для выявления патологий путем количественного и качественного анализа концентрации компонент, включая протеины и ДНК;

• при разработке и модификации функциональных элементов электроники и оптоэлектроники, в частности, для испарительной литографии, управляемых жидких линз и пр.;

• в энергетике для изучения отложений на теплообменных трубах, на поверхностях теплообмена (испарителях и конденсаторах);

• в спектроскопии летучих нанокомпонентов для измерения характеристик состава капель и пленок в различные моменты времени и т.п.

Методология и методы исследования

Основным методологическим подходом, реализованным в диссертационной работе, является экспериментальное обоснование всех теоретических выводов и расчетных результатов. При проведении экспериментальных исследований

использовались как известные, так и специально разработанные методики: оптическое измерение геометрических параметров процессов смачивания и растекания жидкостей на твердых подложках; применение спектрометрических приборов для определения изменения концентрации взвешенных частиц внутри ограниченного объема жидкости; оптическая микроскопия для изучения как динамки испарения и сушки капель наноколлоидов, так и для изучения морфологии отложений; скоростная видеосъемка; нагрев образцов с помощью полупроводниковых пленок путем подвода разности потенциалов к ним. Кроме того, были применены методики лазерного воздействия на коллоидные растворы, а также управляемого координатного дозирования капель.

Положения, выносимые на защиту

1. Результаты экспериментальных исследований динамики высыхания капель коллоидных растворов по изменению геометрических параметров (высота капли, краевой угол смачивания, размеры осаждаемых структур) показали линейный характер изменения с течением времени, что довольно точно соответствует результатам моделирования.

2. С точки зрения изменения концентрации взвешенных в капле коллоидных наночастиц по мере испарения жидкой фазы процесс высыхания капель исследуемых коллоидов можно разбить на три стадии. Это разбиение справедливо для диапазона температур подложки ниже температуры кипения. Основное формирование осаждений происходит в течение самой короткой последней стадии.

3. С увеличением температуры подложки доля взвешенных коллоидных частиц, осаждающихся вдоль контактной линии капли, растет. Соответственно, объем осаждений внутри кольца уменьшается.

4. Сформулированы возможные варианты образования осадочных структур при высыхании капель коллоидного раствора Fe20з в режиме коалесценции. Капли вторичного массива высыхают в среднем в 1,32 раза быстрее капель первичного массива.

5. Разработана методика и создан экспериментальный комплекс для исследования воздействия лазерного излучения на контактную линию капель. Обнаружена и объяснена возможность бесконтактного управляемого перемещения капель коллоидных растворов.

6. Разработана модель испарения капель наноколлоидных растворов, лежащих на нагретых подложках, описывающие протекающие во время высыхания термогидродинамические процессы, проведено сравнение результатов, получаемых в рамках этих моделей, с полученными в работе экспериментальными данными.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертационной работе оригинальные результаты получены автором лично, либо при его непосредственном участии на экспериментальных стендах кафедры низких температур НИУ «МЭИ». Автором проведены:

• разработка и выбор всех описанных диагностических методик;

• модификация и конструирование исследовательских установок, примененных в рамках данной работы;

• эксперименты по изучению термогидродинамики капель согласно описанным методикам;

• обработка и исследование свойств высыхающих наноколлоидных капель;

• изучение морфологии структур отложений оптической микроскопии;

• анализ результатов исследований и их интерпретация.

Степень достоверности и апробация результатов

Достоверность полученных результатов исследований, основных положений и выводов подтверждена использованием современных методов измерений с проведением специальных тестовых экспериментов, оценками неопределенностей получаемых опытных данных, сравнением результатов с экспериментальными и теоретическими результатами других авторов. Результаты

диссертационной работы представлены в рамках работы 17 конференций, в т.ч. четырех зарубежных.

Основные публикации по теме исследований

4 печатных работы из перечня ВАК и международных систем цитирования Web of Science и Scopus. Ниже представлен перечень основных публикаций по теме диссертации:

Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах из перечня ВАК, Web of Science:

1. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров. Об испарении жидкости из капель коллоидных растворов наночастицSiO2 и Fe2O3. Коллоидный журнал, № 2, 2015, с.144-151.

2. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров, М.А.Эльбуз. О новом режиме пузырькового кипения в мезоструктурах микросфер (эффект прыгающих пузырей). Письма в Журнал технической физики, т.41, вып.6, с.67-72 , 2015.

3. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров, М.А.Эльбуз. Исследование пузырькового кипения в мезоструктурах микросфер (режим «прыгающих» пузырей). Естественные и технические науки, № 1(79), 2015, С. 12-15.

4. A.S. Dmitriev, P. G. Makarov. Optical Methods for Studying the Drying Dynamics of Fe2O3Nanocolloid Droplets Depending on Variation of Substrate Temperature. Applied Mechanics and Materials. (Volumes 789-790), 2015, pp. 33-37.

Статьи в трудах, материалах международных и всероссийских конференций, в сборниках научных трудов:

1. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров. Исследование эффекта coffeering, возникающего при высыхании капель наножидкостей SiO2 и Fe2O3. XX Межд. научн.-техн. конф. студентов и аспирантов. Радиотехника, электроника и энергетика. 27 - 28 февраля 2014 г., М. Изд. Дом МЭИ. 2014. С.75.

2. A.S. Dmitriev, P. G. Makarov. Drying of Fe2O3 and SiO2nanocolloid droplets. Coffee ring effect. 7th Conference of the International Marangoni Association, Vienna University of Technology, June 23-26, 2014, p.87.

3. A.S. Dmitriev, P. G. Makarov. Study of dynamics of drying processes in Fe2O3 and SiO2nanocolloid droplets. 10th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Orlando, Florida, 14 -16 July 2014, p.1966-1970.

4. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров, М.А.Эльбуз. Об особенностях эффектов пузырькового кипения в мезоструктурах микросфер (эффект прыгающих пузырей). Труды Шестой Российской национальной конференции по теплообмену (РНКТ-6), 27-31 октября 2014 года, Москва, стр. 29-30.

5. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров. О процессах тепломассообмена и образовании микроструктур в наноколлоидных системах. Труды Шестой Российской национальной конференции по теплообмену (РНКТ-6), 27-31 октября 2014 года, Москва.

6. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров, М.А.Эльбуз. О кипении жидкостей на плоских поверхностях, покрытых слоем монодисперсных металлических микросфер, в режиме «прыгающих пузырей». Всероссийская конференция ХХХI Сибирский теплофизический семинар, посвященный 100-летию со дня рождения С.С.Кутателадзе. 17-19 ноября 2014 г. Новосибирск, с.180.

7. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров, М.А.Эльбуз. Кипение в режиме «прыгающих пузырей»: механизмы, теплообмен, гидродинамика. XXII Межд. научн.-техн. конф. студентов и аспирантов. Радиотехника, электроника и энергетика. 26 - 27 февраля 2015 г., М. Изд. Дом МЭИ. 2015. С.365.

8. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров. Исследование механизмов растрескивания кольцеобразного следа, остающегося после высыхания капель коллоидных растворов. XXI Межд. научн.-техн. конф. студентов и аспирантов. Радиотехника, электроника и энергетика. 26 - 27 февраля 2015 г., М. Изд. Дом МЭИ. 2015. С.363-364.

9. A.S. Dmitriev, P. G. Makarov. Optical Methods for Studying the Drying Dynamics of Fe2O3Nanocolloid Droplets Depending on Variation of Substrate Temperature.

International Conference on Fluid Dynamics (ICFD 2015), April, 6-7, 2015, Orlando, USA. D24.

10. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров, И.А. Михайлова. О влиянии температуры подложки на высыхание капель коллоидного раствора наночастицFe203. Пятая Международная конференция «Теплообмен и гидродинамика в закрученных потоках», Россия, Казань, 19-22 октября 2015г, стр. 565-572.

11. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров. Исследование высыхания массивов капель коллоидных растворов. XXII Межд. научн.-техн. конф. студентов и аспирантов. Радиотехника, электроника и энергетика. 25-26 февраля 2016 г., М. Изд. Дом МЭИ. Т.3. 2016. стр.82.

12. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров. Особенности испарения жидкости из малых капель коллоидных растворов и образования осадочных структур различной морфологии. XV Минский международный форум по тепломассообмену, Минск, 23-26 мая 2016.

13. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров, М.А.Эльбуз. Мезоскопический слой металлических микросфер как условие кипения жидкости в режиме «прыгающих пузырей». XVМинский международный форум по тепломассообмену, Минск, 2326 мая 2016.

14. П.Г. Макаров. О воздействии сфокусированного синего лазерного излучения на капли различных жидкостей. VI Всероссийская конференция по наноматериалам с элементами научной школы для молодежи, 2016, стр.588-589

15. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров, П.И. Алтухов. Исследование влияния ориентированности лазерного излучения на одиночные капли. XXШМеждунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (2-3 марта 2017 г., Москва): Тез.докл. В 3 т. Т. 3. М.: Издательский дом МЭИ, 2017. 448 с., с.87.

16. А.С. Дмитриев, Макаров П.Г., Михайлова И.А. Термогидродинамическая модель высыхания и впитывания капель крови на мезопористой подложке: динамические режимы контактных углов. XXX Международная научная конференция. Математические Методы в Технике и Технологиях ММТТ- 30; 30 мая - 2 июня 2017 г., СПбГТИ(ТУ), СПбПУ, СПИИРАН, Санкт-Петербург

17. А.С. Дмитриев, Макаров П.Г., Михайлова И.А. Математические модели и особенности конструкции биотермочипа для анализа крови и других биоактивных

жидкостей. XXX Международная научная конференция Математические Методы в Технике и Технологиях ММТТ- 30; 30 мая - 2 июня 2017 г., СПбГТИ(ТУ), СПбПУ, СПИИРАН, Санкт-Петербург

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Испарение жидкости из ограниченных объемов

Процессы испарения ограниченных объемов жидкости являются типичными проблемами теплофизики и гидродинамики. Исследования поведения отдельных капель оказываются полезны при изучении испарения капель воды в атмосфере, при решении проблем испарения и кипения ограниченных объемов жидкости в различных технологических устройствах, включая системы охлаждения, для получения чистой воды, для развития технологий нанесения покрытий, струйной печати и т.п.

Вопросу испарения свободно висящих капель жидкости посвящено достаточное число обзоров и публикаций (см., например, [1]), поэтому в данном обзоре эти задачи не будут широко рассмотрены. Основное внимание ниже будет уделено испарения капель жидкости, в основном, коллоидных, лежащих на подложке.

Как уже указывалось во введении, проблема испарения и сушки коллоидных, в частности, наноколлоидных капель различных жидкостей, представляет собой важную научную и практическую проблему современной термогидродинамики и теплофизики, поскольку коллоидные жидкости с частицами микро-, мезо- или наноразмеров используются во многих приложениях, среди которых: принтерная печать, в том числе, нанесение рисунков электронных компонент для гибкой электроники, BD-принтинг для изготовления из квантовых точек LED (светодиоды) и OLED (органические светодиоды) структур, технология получения фотонных кристаллов для нанофотоники, испарительная литография для получения полупроводниковых структур на поверхности подложек, создание медицинских меток для анализа ДНК и крови, медицинский анализ капель крови по структуре высыхания, криминалистика на основе высохших следов, в том числе, капель крови, исследования отложений коллоидных жидкостей в энергетике и электроники, технология покрытий и т.д. [2-12]. Более того, гетерогенная предсказуемая

самосборка микро- и наночастиц нашла широкое применение во множестве сфер науки и техники, как, например, в печати [13], биохимическом анализе [14-17], исследовании испарительной самосборки [18-20,22], растрескивания осаждений [21-22] и совместного движения и адгезии бактериальных колоний [23-24].

Важность изучения термогидродинамики и теплофизики испарения коллоидных капель особенно хорошо и наглядно можно увидеть, например, при высыхании на подложке капель крови (сыворотка крови) (рисунок 1.1). Как видно из фотографий, после испарения жидкой фазы могут образовываться структуры различной морфологии, зависящей от количественного соотношения компонент крови. Соответственно, при наличии базы данных по осаждениям, характерным для тех или иных заболеваний, можно постараться предугадать начало болезней и начать предварительное лечение.

а)

в)

г)

Рис. 1.1. Высохшие капли сыворотки крови: а - практически здоровый человек, б-г - люди с

различными заболеваниями

Сложность и необычность термогидродинамических процессов при испарении коллоидных капель хорошо иллюстрирует схема на рисунке 1.2:

Рис. 1.2. Многообразие теплофизических явлений при испарении коллоидных капель и формировании морфологии осадочных структур

Поскольку важную роль при испарении капель на подложке играет контактная линия газ-жидкость-твердое тело, то она играет существенную роль во

всех теплофизических процессах, сопровождающих испарение и высыхание коллоидных капель жидкостей. При испарении коллоидных капель в общем случае имеют место процессы движения контактной линии, изменения контактного угла, динамическое движение коллоидных частиц внутри капли, эффекты Марангони, связанные с градиентами температуры, и, в случае мультикомпонентных капель, с градиентами концентрации компонент. При этом, как показано на рисунке 1.2, при наличии коллоидных частиц могут наблюдаться процессы их осаждения, причем в различных режимах, образуя совершенно различные морфологические структуры (см. ниже).

Если испарение капель в свободном состоянии в газе (или вакууме) практически всегда связано с симметричным потоком массы пара от капли, то при испарении на подложке массовый поток всегда несимметричен, что вносит в проблему понимания термогидродинамики испарения новые и весьма заметные усложнения. В частности, испарение капель, лежащих на гидрофильной (слева) и гидрофобной (справа) нагретых подложках показано (рисунок 1.3). Неоднородная область вокруг капель демонстрирует величину массового потока в режиме реального испарения. Штриховая линия показывает ситуацию, если бы испарение происходило однородно по всей поверхности капли.

Рис.1.3. Испарение капель, лежащих на гидрофильной (слева) и гидрофобной (справа) нагретых

подложках

Различные режимы испарения капель на подложке показаны на рисунке 1.4: слева - исходная капля; в центре - капля в режиме испарения: высота капли и контактный угол медленно меняются (при этом контактная линия неподвижна -режим пиннинга); справа - капля с движущейся контактной линией (при этом

контактный угол постоянен). Когда размер капли становится малым, одновременно уменьшаются и контактный угол и движется контактная линия.

Рис.1.4. Различные режимы испарения капель на подложке

Процессы испарения и высыхания микро- и наноколлоидных капель связаны с процессами гидродинамики, переносом массы и тепла, смачиванием каплями поверхности и другими явлениями. При этом на конечной стадии процессов испарения и высыхания коллоидных капель возникают весьма разнообразные морфологические структуры, состоящие как из коллоидных частиц, так и иных структур (например, микрокристаллов соли, если базовая жидкость содержала их в растворенном виде). При этом конечная структура отложений в значительной степени связана с термогидродинамикой процессов при испарении и динамикой внутреннего движении коллоидных частиц.

На рисунке 1.5, показана схема возникновения распространенной структуры «кофейных колец» («coffee-ring») (а) и равномерного осаждения (б) за счет эффекта поверхностного пленения коллоидных частиц. Понятно, что эффекты термогидродинамики, в частности, капиллярная, а также ван-дер-ваальсовские силы на поверхности оказывают важное влияние при формировании структуры отложений.

Рис.1.5. Две схемы поведения взвешенных в капле частиц: а) возникновение структуры «кофейных колец» («coffee-ring»); б) равномерное осаждение за счет эффекта поверхностного

пленения коллоидных частиц

Кофе-ринг эффект

Эффект поверхностного "пленения

Как уже отмечалось во введении, впервые активное исследование коллоидных капель началось с работ Дигана и коллег [25-27], в которых были обнаружены эффекты «кофейных колец» («coffee-ring» effect) на наноколлоидах. Объяснение, данное в указанных работах, сводилось к описанию процесса испарения капель с неоднородным потоком массы (его максимум растет при приближении к контактной линии, которая при этом неподвижна), что приводит к капиллярному потоку внутри капель, вместе с которым перемещаются и коллоидные частицы, накапливаясь на периферии капли (рисунок 1.6).

Рис.1.6. Схема формирования кофейных колец в коллоидных каплях Впоследствии, в работах [28-50] были проведены экспериментальные и теоретические исследования этого явления, и было показано, что при нарушении симметрии тепловых, гидродинамических и капиллярных условий, а также специфического поведения контактной границы раздела фаз, могут возникать многочисленные отклонения от структуры колец. В таком случае наблюдается возникновение весьма разнообразных морфологий в зависимости от теплофизических процессов, протекающих в капле и ее окружении.

Позднее было показано, что помимо структуры «кофейных колец» могут возникать многочисленные иные морфологии, например, представленные на рисунке 1.7: а) кольцевая форма. осадившаяся из водного наноколлоида (вода+60 нм полистирольные сферы); б) центральное скопление после высыхания 30 нл капли изопропана на полидиметилсилоксановой подложке (ПДМС); в) мультикольца от высыхания 1 мкл капли воды, содержащей микросферы полистирола размером 1 мкм на стеклянной подложке; г) сложная структура отложений вблизи контактной линии при высыхании 1 мкл капли изопропана,

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Макаров Петр Георгиевич, 2017 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Picknett R., Bexon R. Evaporation of sessile or pendant drops in still air. J. Colloid Interface Sci. 61, 336-350 (1977).

2. Tan H. et al. Evaporation triggered microdroplet nucleation and the four life phases of an evaporating Ouzo drop. Proc. Natl Acad. Sci. USA 113, 8642-8647. (2016).

3. Sarenz P., Sefiane K., Kim J., Matar O., Valluri P. Evaporation of sessile drops: a three-dimensional approach. J. Fluid Mech. 772, 705-739 (2015).

4. Wray A., Papageorgiou D., Craster R., Sefiane K., Matar O. Electrostatic suppression of the 'coffee stain effect'. Langmuir. 30, 5849-5858. (2014).

5. Y. Chen, K. Suzuki, K. Yoshikawa. Self-organized target and spiral patterns through the "coffee ring" effect. THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS. 143, 084702 (2015).

6. J. Freed-Brown. Evaporative deposition in receding drops. Soft Matter, 2014, 10, 9506-9510.

7. F. Ramsthaler, J. Schlote1, C. Wagner, J. Fiscina, M. Kettner. The ring phenomenon of diluted blood droplets. Int J Legal Med (2016) 130:731-736.

8. F. Boulogne, F. Ingremeau, H. Stone. Coffee-stain growth dynamics on dry and wet surfaces. J. Physics: Cond. Matter. Volume 29, Number 7. 12 p.

9. S. Kang, V. Vandadi, J. Felske, H. Masoud. Alternative mechanism for coffee-ring deposition based on active role of free surface. PHYSICAL REVIEW E 94, 063104 (2016).

10. M. Anyfantakis, D. Baigl. Manipulating the Coffee-Ring Effect: Interactions at Work. ChemPhysChem 2015, 16, 2726 - 2734.

11. M. Anyfantakis, Z. Geng, M. Morel, S. Rudiuk, D. Baigl. Modulation of the Coffee-Ring Effect in Particle/Surfactant Mixtures: the Importance of Particle-Interface Interactions. Langmuir. 2015, 31, 4113-4120.

12. S. Varanakkottu, M. Anyfantakis, M. Morel, S. Rudiuk, D. Baigl. Light-Directed Particle Patterning by Evaporative Optical Marangoni Assembly. Nano Lett. 2016, 16, 644-650.

13. J. Park, J. Moon. Control of Colloidal Particle Deposit Patterns within Picoliter Droplets Ejected by Ink-Jet Printing. Langmuir. 2006, 22, 3506-3513.

14. R. Blossey, A. Bosio. Contact Line Deposits on cDNA Microarrays: A "Twin-Spot Effect". Langmuir. 2002, 18, 2952-2954.

15. V. Dugas, J. Broutin, E. Souteyrand. Droplet Evaporation Study Applied to DNA Chip Manufacturing. Langmuir. 2005, 21, 9130-9136.

16. S. Weidner, P. Knappe and U. Panne, MALDI-TOF imaging mass spectrometry of artifacts in "dried droplet" polymer samples. Anal. Bioanal. Chem., 2011, 401, 127-134.

17. J. B. Hu, Y. Chen, P. Urban, Coffee-ring effects in laser desorption/ionization mass spectrometry. Anal. Chim. Acta, 2013, 766, 77-82.

18. W. Ristenpart, P. Kim, C. Domingues, J. Wan, H. Stone. Influence of Substrate Conductivity on Circulation Reversal in Evaporating Drops. Phys. Rev. Lett., 2007, 99, 234502.

19. A. Marin, H. Gelderblom, D. Lohse, J. Snoeijer. Order-to-Disorder Transition in Ring-Shaped Colloidal Stains. Phys. Rev. Lett., 2011, 107, 085502.

20. P. Yunker, M. Lohr, T. Still, A. Borodin, D. Durian, A. Yodh. Effects of Particle Shape on Growth Dynamics at Edges of Evaporating Drops of Colloidal Suspensions Phys. Rev. Lett., 2013, 110, 035501.

21. E. Dufresne, E. Corwin, N. Greenblatt, J. Ashmore, D. Wang, A. Dinsmore, J. Cheng, X. Xie, J. Hutchinson, D. Weitz. Flow and Fracture in Drying Nanoparticle Suspensions. Phys. Rev. Lett., 2003, 91, 224501.

22. A. Sarkar and M. S. Tirumkudulu. Asymptotic analysis of stresses near a crack tip in a two-dimensional colloidal packing saturated with liquid Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys., 2011, 83, 051401.

23. W. Sempels, R. De Dier, H. Mizuno, J. Hofkens, J. Vermant. Auto-production of biosurfactants reverses the coffee ring effect in a bacterial system. Nat. Commun., 2013, 4, 1757.

24. T. Kasyap, D. Koch, M. Wu. Bacterial collective motion near the contact line of an evaporating sessile drop. Phys. Fluids, 2014, 26, 111703.

25. R. Deegan, O. Bakajin, T. Dupont, G. Huber, S. Nagel, T. Witten. Capillary flow as the cause of ring stains from dried liquid drops. Nature. 389 (1997). 827-829.

26. R. Deegan. Pattern formation in drying drops. Phys. Rev. E 61 (2000) 475-485.

27. R. Deegan, O. Bakajin, T. Dupont, G. Huber, S. Nagel, T. Witten. Contact line deposit in an evaporating drop. Phys. Rev. E 62 (2000). 756-765.

28. D. Brutin, B. Sobac, B. Loquet, J. Sampol, Pattern formation in drying drops of blood, J. Fluid Mech. 667 (2011) 85-95.

29. Y.C. Hu, Q. Zhou, C.C. Dong, L.S. Cui, Micro-flow induced peculiar surface profile of film from dried droplet of water-poly (ethylene oxide) solution, Key Mat. Eng. 531-532 (2013) 358-361.

30. Y.O. Popov. Evaporative deposition patterns, spatial dimension of the deposit. Phys. Rev. E 71 (2005) 036313-1-036313-17.

31. B.J. Fischer. Particle convection in an evaporating colloidal droplet. Langmuir. 18 (2002) 60-67.

32. E. Widjaja, M.T. Harris, Particle deposition study during sessile drop evaporation, AIChE J. 54 (2008) 2250-2260.

33. F. Girard, M. Antoni, S. Faure, A. Steinchen. Evaporation and Marangoni driven convection in small heated water droplets. Langmuir. 22 (2006) 11085-11091.

34. H. Hu, R. Larson. Evaporation of a sessile droplet on a substrate, J. Phys. Chem. B 106(2002)1334-1344.

35. H. Hu, R. Larson. Analysis of the microfluid flow in an evaporating sessile droplet. Langmuir. 21 (2005) 3963-3971.

36. H. Hu, R. Larson. Analysis of the effects of Marangoni stresses on the micro flow in an evaporating sessile droplet. Langmuir. 21 (2005) 3972-3980.

37. H. Hu, R. Larson. Marangoni effect reverses coffee-ring depositions. J. Phys. Chem. B 110 (2006) 7090-7094.

38. R. Savino, D. Paterna, N. Favaloro. Buoyancy and Marangoni effects in an evaporating drop. J. Thermophys. Heat Transfer. 4 (2002) 562-574.

39. R. Savino, R. Monti. Buoyancy and surface-tension driven convection in hanging drop protein crystallizer, J. Cryst. Growth. 165 (1996) 308-318.

40. S. David, K. Sefiane, L. Tadrist. Experimental investigation of the effect of thermal properties of the substrate in the wetting and evaporation of sessile drops. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects. 298 (2007) 108-114.

41. F. Girard, M. Antoni, K. Sefiane. On the effect of Marangoni flow on evaporation rates of water drops. Lagmuir. 24 (2008) 9207-9210.

42. G. Lu, Y. Duan, X. Wang, D. Lee. Internal flow in evaporating droplet on heated solid surface. Int. J. Heat Mass Transfer. 54 (2011) 4437-4447.

43. K. Kang, H. Lim, H. Lee, S. Lee. Evaporation-induced saline Rayleigh convection inside a colloidal droplet, Phys. Fluid 25 (2013) 042001.

44. S. Hong, M. Byun, Z. Lin. Robust self-assembly of highly ordered complex structures by controlled evaporation of confined microfluidics. Angew. Chem. Int. Ed. 48 (2009) 512-516.

45. T. Wong, T. Chen, X. Shen, C.M. Ho. Nanochromatography driven by the coffee ring effect. Anal. Chem. 83 (2011) 1871-1873.

46. M. Majumder, C. Rendall, J. Eukel, J. Wang, N. Behabtu, C. Pint, T. Liu, A. Orbaek, F. Mirri, J. Nam, A. Barron, R. Hauge, H. Schmidt, M. Pasquali. Overcoming the ''coffee-stain'' effect by compositional Marangoni flow assisted drop-drying. J. Phys. Chem. B 116 (2012) 6536-6542.

47. A. Yarin, B. Brenn, O. Kastner, D. Rensink, C. Tropea. Evaporation of acoustically levitated droplets, J. Fluid Mech. 399 (1999) 151-204.

48. K. Kang, S. Lee, C. Lee, S. Kang. Quantitative visualization of flow inside an evaporating droplet using the ray tracing method. Meas. Sci. Technol. 15. (2004) 1104-1112.

49. G. Minor, P. Oshkai, N. Djilali. Optical distortion correction for liquid droplet visualization using the ray tracing method: further considerations. Meas. Sci. Technol. 18 (2007) 23-28.

50. I. Ueno, K. Kochiya. Effect of evaporation and solute capillary-driven flow upon motion and resultant deposition of suspended particles in volatile droplet on solid substrate. Adv. Space Res. 41 (2008) 2089-2093.

51. Y. Li, Y. Sheng, H. Tsao. Evaporation Stains: Suppressing the Coffee-Ring Effect by Contact Angle Hysteresis. Langmuir 2013, 29, 7802-7811.

52. Y. Li, Q. Yang, M. Li, Y. Song. Rate-dependent interface capture beyond the coffee-ring effect. Scientific Reports | 6:24628 | DOI: 10.1038/srep24628.

53. Ю.Ю. Тарасевич. Механизмы и модели дегидратационной самоорганизации биологических жидкостей. 174. 779-790. 2004.

54. A. Sharma, S. Jaiswal, M. Shukla, J. Lal. Dried blood spots: Concepts, present status, and future perspectives in bioanalysis. Drug Test. Analysis (2014). DOI 10.1002/dta.1646.

55. B. Zeid, D. Brutin. Influence of relative humidity on spreading, pattern formation andadhesion of a drying drop of whole bloodW. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects. 430 (2013) 1- 7.

56. F. Chen, J. Lu, W. Huang. Using Ink-Jet Printing and Coffee Ring Effect to Fabricate Refractive Microlens Arrays. IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 21, NO. 10, MAY 15, 2009.

57. J. Park, J. Moon, H. Shin, D. Wang, M. Park. Direct-write fabrication of colloidal photonic crystal microarrays by ink-jet printing. Journal of Colloid and Interface Science. 298. (2006) 713-719.

58. D. Kim, S. Lee, S. Jeong, J. Moon. All-Ink-Jet Printed Flexible Organic Thin-Film Transistors on Plastic Substrates. Electrochemical and Solid-State Letters. 12. 6. H195-H197. 2009.

59. L. Bai, Z. Xie, W. Wang, C. Yuan, Y. Zhao, Z. Mu, Q. Zhong, Z. Gu. Bio-Inspired Vapor-Responsive Colloidal Photonic Crystal Patterns by Inkjet Printing. ACS Nano, 2014, 8 (11), pp 11094-11100. DOI: 10.1021/nn504659p

60. C. Hoth, S. Choulis, P. Schilinsky, C. Brabec. High Photovoltaic Performance of Inkjet Printed Polymer: Fullerene Blends. Adv. Mater. 2007, 19, 3973-3978. DOI: 10.1002/adma.200700911.

61. D. Lee, D. Lee, Y. Won, H. Song, J. Pyun, Y. Cho, J. Moon. Insertion of Vertically Aligned Nanowires into Living Cells by Inkjet Printing of Cells. small 2016. DOI: 10.1002/smll.201502510.

62. M. Layani, M. Gruchko, O. Milo, I. Balberg, D. Azulay, S. Magdassi. Transparent Conductive Coatings by Printing Coffee Ring Arrays Obtained at Room Temperature. ACS Nano. VOL. 3. NO. 11. 3537-3542. 2009.

63. L. Wu, Z. Dong, M. Kuang, Y. Li, F. Li, L. Jiang. Printing Patterned Fine 3D Structures by Manipulating the Three Phase Contact Line. Adv. Funct. Mater. 2015. DOI: 10.1002/adfm.201404559.

64. A. J. Shah, Y. Sun, X. Yang, V. Chhasatia. Coalescence, evaporation and particle deposition of consecutively printed colloidal drops. Soft Matter. 2012, 8, 9205.

65. P. Yunker, A. Yodh. Colloidal shape effects in evaporating drops. Proceedings of the International School of Physics "Enrico Fermi" Course CLXXXIV "Physics of Complex Colloids", edited by C. Bechinger, F. Sciortino and P. Ziherl (IOS, Amsterdam; SIF, Bologna). DOI 10.3254/978-1-61499-278-3-447.

66. Perelaer J., Smith P., Hendriks C., van den Berg A., Schubert U. The Preferential Deposition of Silica Microparticles at the Boundary of Inkjet Printed Droplets. Soft Matter. 2008, 4, 1072-1078.

67. Kamyshny A., Ben-Moshe M., Aviezer S., Magdassi S. Ink-Jet Printing of Metallic Nanoparticles and Microemulsions. Macromol. Rapid Commun. 2005, 26, 281288.

68. Soltman D., Subramanian V. Inkjet-Printed Line Morphologies and Temperature Control of the Coffee Ring Effect. Langmuir. 2008, 24, 2224-2231.

69. D. van den Berg, de Laat A., Smith P., Perelaer J., Schubert U. Geometric Control of Inkjet Printed Features Using a Gelating Polymer. J. Mater. Chem. 2007, 17, 677-683.

70. Perelaer J., Smith P., Wijnen M., van den Bosch E., Eckardt R., Ketelaars P., Schubert U. Droplet Tailoring Using Evaporative Inkjet Printing. Macromol. Chem. Phys. 2009, 210, 387-393.

71. Magdassi S., Grouchko M., Kamyshny A. Conductive Ink-Jet Inks for Plastics Electronics: Air Stable Copper Nanoparticles and Room Temperature Sintering. Digital Fabr. 2009.

72. L. Mujawar, W. Norde, A. van Amerongen. Spot morphology of non-contact printed protein molecules on non-porous substrates with a range of hydrophobicities. Analyst, 2013, 138, 518-524.

73. K. Stadtherr, H. Wolf, P. Lindner. An aptamer-based protein biochip. Anal. Chem., 2005, 77, 3437-3443.

74. F. Mugele, J. Baret. Electrowetting: from basics to applications. J. Phys.: Condens. Matter. 2005, 17, R705-R774.

75. H. Eral, D. Mampallil, M. Duits, F. Mugele. Suppressing the coffee stain effect: how to control colloidal self-assembly in evaporating drops using electrowetting. Soft Matter. 2011, 7, 4954-4958.

76. D. Mampallil, H. Eral, D. van den Ende, F. Mugele. Control of evaporating complex fluids through electrowetting. Soft Matter. 2012, 8, 10614-10617.

77. Y. Li, C. Lv, Z. Li, D. Que're', Q. Zheng. From coffee rings to coffee eyes. Soft Matter. 2015, 11, 4669-4673.

78. S. Kim, K. Kang, J. Lee, I. Kang, B. Yoon. Control of Particle-Deposition Pattern in a Sessile Droplet by Using Radial Electroosmotic Flow. Anal. Chem. 2006, 78, 5192-5197.

79. M. Anyfantakis, D. Baigl. Dynamic photocontrol of the coffee-ring effect with optically-tunable particle stickiness. Angew. Chem., Int. Ed., 2014, 53, 1407714081.

80. P. Yunker, T. Still, M. A. Lohr, A. Yodh. Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions. Nature. 2011, 476, 308-311.

81. D. Mampallil, J. Reboud, R. Wilson, D. Wylie, D. Klug, J. Cooper. Acoustic suppression of the coffee-ring effect Soft Matter, 2015, 11, 7207. DOI: 10.1039/c5sm01196e. https://www.youtube.com/watch?v=Ecnro_Yp3_Y.

82. Masoud H., Felske J. Analytical solution for Stokes flow inside an evaporating sessile drop: spherical and cylindrical cap shapes. Phys. Fluids. 2009; 21: 042102.

83. R. Larson. Transport and Deposition Patterns in Drying Sessile Droplets. AIChE Journal. May 2014. Vol. 60, No. 5. 1538-1571.

84. Petsi A., Burganos A. Stokes flow inside an evaporating liquid line for any contact angle. Phys Rev E. 2008;78:036324.

85. Dugyala, V. R.; Basavaraj, M. G. Evaporation of Sessile Drops Containing Colloidal Rods: Coffee-Ring and Order-Disorder Transition. J. Phys. Chem. B 2015, 119 (9), 3860-3867.

86. Askounis, A.; Sefiane, K.; Koutsos, V.; Shanahan, M. E. R. Effect of particle geometry on triple line motion of nano-fluid drops and deposit nano-structuring. Adv. Colloid Interface Sci. 2015, 222, 44-57.

87. Askounis, A.; Orejon, D.; Koutsos, V.; Sefiane, K.; Shanahan, M. E. R. Nanoparticle deposits near the contact line of pinned volatile droplets: size and shape revealed by atomic force microscopy. Soft Matter. 2011, 7 (9), 4152-4155.

88. Savino R, Fico S. Transient Marangoni convection in hanging evaporating drops. Phys Fluids. 2004;16:3738-3754.

89. Xu X, Luo J, Guo D. Criterion for reversal of thermal Marangoni flow in drying drops. Langmuir. 2010;26:1918-1922.

90. Dunn G, Wilson S, Duffy B, Sefiane K. Evaporation of a thin droplet on a thin substrate with a high thermal resistance. Phys Fluids. 2009;21:052101.

91. Юрков Г.Ю. и др. Наночастицы оксида железа (III) в матрице полиэтилена, Неорганические материалы, 2002, т.38, №2

92. Логунов А.Е., Оптические методы исследования металлических наночастиц на поверхности прозрачных диэлектриков,, автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, НИУ ИТМО, Санкт-Петербург, 2009

93. Ревина А.А., Потапов В.В., Баранова Е.К., Смирнов Ю.В., Исследование взаимодействия наночастиц кремнезема и металлов методом спектрофотометрии. Журнал физической химии, т.87, №2, Издательство «Наука» 2013

94. Коровин, Н.В. Общая химия: учеб для студентов вузов, обуч. по технич. направл. и спец. / Н.В.Коровин. - 6 изд., испр. - М.: Высшая школа, 2005

95. Kajiya T, Kaneko D, Doi M., Langmuir, 2008, vol. 24(21), p. 12369. DOI: 10.1021/la8017858

96. Alexander Dmitriev, Petr Makarov, Optical Methods for Studying the Drying Dynamics of Fe2O3 Nanocolloid Droplets Depending on Variation of Substrate Temperature//2015 International Conference on Fluid Dynamics: proceedings of the conference. D-24. 6 p

97. Высоцкий В.В., Урюпина О.Я., Сенчихин И.Н., Ролдугин В.И., Коллоидный журнал, 2013, Т. 75, С. 161

98. Высоцкий В.В., Урюпина О.Я., Сенчихин И.Н., Ролдугин В.И., Коллоидный журнал, 2013, Т. 75, С. 695

99. Куличихин В.Г., Еленский А.А., Харлов А.Е., Шабанов М.П., Ямпольская Г.П., Коллоидный журнал, 2012, Т. 74, С. 222

100. Dmitriev A.S., Makarov P.G., 7th Conference of the International Marangoni Association (Vienna University of Technology), 2014. P. 87

101. Kevin Gleason and Shawn A. Putnam, Microdroplet Evaporation with a Forced Pinned Contact Line, Langmuir 2014, 30, 10548-10555

102. Высоцкий В.В., Ролдугин В.И., Урюпина О.Я., Зайцева А.В., Коллоидный журнал, 2011, Т. 73, С. 173

103. S. Hashimotoa, D. Werner, T. Uwada. Studies on the interaction of pulsed lasers with plasmonic gold nanoparticles toward light manipulation, heat management, and nanofabrication. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 13 (2012) 28- 54.

104. E. Flores-Flores, S. Torres-Hurtado, R. Páez, U. Ruiz, G. Beltrán-Pérez, S. Neale, J. Ramirez-San-Juan, R. Ramos-García. Trapping and manipulation of microparticles using laser-induced convection currents and photophoresis. 2015 OSA 1 Oct 2015 | Vol. 6, No. 10 | D0I:10.1364/B0E.6.004079 | BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS 4079.

105. O. Aneksky, A. Bekcshaev, P. MAKSIMYAK, A. MAKSIMYAK, S. HANSON, S. KONTUSH. Controllable generation and manipulation of micro-bubbles in

water with absorptive colloid particles by CW laser radiation. OPTICS EXPRESS. Vol. 25, No. 5 | 6 Mar 2017 | 5232.

106. J. Delville, M. Vincent, R. Schroll, H. Chraibi, B.Issenmann, R. Wunenburger1, D. Lasseux, W.Zhang, E. Brasselet. Laser microfluidics: fluid actuation by Light. J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11 (2009) 034015 (15pp) doi:10.1088/1464-4258/11/3/034015

107. S. Thoroddsen, K. Takehara, T. Etoh, C.-D. Ohl. Spray and microjets produced by focusing a laser pulse into a hemispherical drop. PHYSICS OF FLUIDS. 21, 112101. 2009.

108. R. Wunenburger, B. Issenmann, E. Brasselet, C. Loussert, V. Hourtane and J.-P. Delville. Fluid flows driven by light scattering. J. Fluid Mech. (2011), vol. 666, pp. 273-307.

109. M. Schmitt and H. Stark, "Marangoni flow at droplet interfaces: Three-dimensional solution and applications", 2015

110. J. Y. Shin and N. L. Abbott, "Using light to control dynamic surface tensions of aqueous solutions of water soluble surfactants," Langmuir 15, 4404 (1999).

111. K. Ichimura, S.-K. Oh, and M. Nakagawa, Light-driven motion of liquids on a photoresponsive surface. Science 288, 1624 (2000).

112. T. Krol, A. Stelmaszewski, and W. Freda, "Variability in the optical properties of a crude oil-seawater emulsion," Oceanologia 48, 203 (2006).

113. M. Schmitt and H. Stark, "Marangoni phase separation of surfactants drives active Brownian motion of emulsion droplet," In preparation (2015).

114. Г.А. Аскарьян, А.М. Прохоров, Г.Ф. Чантурия, Г.П. Шипуло. Луч оптического квантового генератора в жидкости. ЖЭТФ, т.44, вып. 6, 1963., с. 2180-2182.

115. Г.А. Аскарьян, А.А. Лерман, В.Д. Шкилев. Светогидравлический эффект от мощных вспышек некогерентного света. ЖЭТФ, т.56, вып. 1, 1986., с. 213214.

116. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров, М.А.Эльбуз. О новом режиме пузырькового кипения в мезоструктурах микросфер (эффект прыгающих пузырей). Письма в Журнал технической физики, т.41, вып.6, с.67-72 , 2015

117. А.С. Дмитриев, П.Г. Макаров, М.А.Эльбуз. Исследование пузырькового кипения в мезоструктурах микросфер (режим «прыгающих» пузырей). Естественные и технические науки, № 1(79), 2015, С. 12-15.

118. С. Ф. Растопов, А Т. Суходольский. О перемещении тел по опоре лазерным лучом. ЖТФ, 1987. т 57, вып. 9.

119. С. Ф. Растопов, А. Т. Суходольский. Самоорганизация теплового цикла при термокавитации в процессе непрерывного лазерного нагрева жидкости. ДАН СССР, 1987, т. 295, № 5.

120. С. Ф. Растопов, А. Т. Суходольский. Лазерно - индуцированный светокапиллярный эффект». Письма в ЖТФ, 1987. т 13 вып. 2.

121. С. А. Визнюк, А. Т. Суходольский. Стационарный светогидравлический эффект в непрерывно нагреваемом потоке жидкости. Краткие сообщения по физике, 1988, № 1.

122. П. П Пашинин, С. Ф Растопов, А. Т. Суходольский. Лазерная обработка и резка прозрачных материалов. Квантовая электроника, 1987, т. 14, № 4.

123. Erbil H. Y. Evaporation of pure liquid sessile and spherical suspended drops: a review. Adv. Colloid Interface Sci. 170, 67-86 (2012).

124. Cazabat A., Guena G. Evaporation of macroscopic sessile droplets. Soft Matter. 6, 2591-2612 (2010).

125. S. Rowan, M. Newton, G. McHale. Evaporation of Microdroplets and the Wetting of Solid Surfaces. J. Phys. Chem. 1995, 99, 13268-13271.

126. C. Sodtke, V. Ajaev, P. Stephan. Evaporation of thin liquid droplets on heated surfaces. Heat Mass Transfer. 2007. 43:649-657.DOI 10.1007/s00231-006-0126-6.

127. M. Moghiman, B. Aslani. Influence of nanoparticles on reducing and enhancing evaporation mass transfer and its efficiency. International Journal of Heat and Mass Transfer. 61 2013. 114-118.

128. Ruey-Hung Chen, T. Phuoc, D. Martello. Effects of nanoparticles on nanofluid droplet evaporation. International Journal of Heat and Mass Transfer. 53. 2010. 3677-3682.

129. W. Zhang, T. Yu, L. Liao, Z. Cao. Ring formation from a drying sessile colloidal droplet. AIP ADVANCES. 3, 102109. 2013.

130. T. Breinlinger, T. Kraft. A simple method for simulating the coffee stain effect. Powder Technology. 256. 2014. 279-284.

131. K. Baldwin, D. Fairhurst. Classifying dynamic contact line modes in drying Drops. Soft Matter, 2015, 11, 1628-1633.

132. P. Kabi, S. Basu, A. Sanyal, S. Chaudhuri. Precision stacking of nanoparticle laden sessile droplets to control solute deposit Morphology. Applied Physics Letters. 106, 063101 (2015); doi: 10.1063/1.4907945.