在微流體芯片處理技術中，通常需要在微通道中形成、輸送和操縱液滴。而隨著尺度的減小，界面效應對流動產生主要影響。鑒于表面張力隨溫度變化的物理機理，通過光照射沿界面形成局部溫度梯度產生馬蘭戈尼對流，對液滴進行非接觸操縱實現在微通道中移動液滴及對液滴進行分類等技術在微流體芯片的應用中受到了廣泛的關注。

近期，中科院力學所非線性力學國家重點實驗室“微納流體力學”課題組的研究人員，基于液滴表面吸熱原理通過熱輻射技術操控液滴熱毛細遷移的物理機制和界面流變性影響的研究中取得進展。首先分析了變形液滴在具有均勻和非均勻的熱輻射和垂直溫度梯度組合下的熱毛細遷移。理論解表明，變形液滴具有細長橢球或心形線旋轉體形狀，取決于熱輻射的形式。其與不變形球體的徑向偏差幅值不僅取決于兩相流體的粘度和導熱率，還取決于毛細數和熱輻射數。其次，在界面流變性對液滴熱毛細遷移的作用中，發現只有表面膨脹粘度和表面內能可以降低穩態遷移速度，而表面剪切粘度對穩態遷移速度沒有任何影響。界面流變性影響下液滴的變形仍表現為細長橢球或心形線旋轉體形狀，其中表面剪切和膨脹粘度通過增加兩相流體的粘度比來影響液滴的變形，而表面內能直接減少液滴的變形。進一步，基于法向和切向應力平衡證明了表面剪切粘度不影響液滴的穩態遷移速度。該研究結果不僅對于界面流變性在熱輻射控制液滴熱毛細遷移的形態演變和物理機制方面提供了有價值的理解，還啟發其在微重力和微尺度流體領域潛在的實際應用。

該研究成果以“Thermocapillary migration of a deformed dropletin the combined vertical temperature gradient and thermal radiation”為題發表在Physics of Fluids[2023, 35(3)：034104]上, 中科院力學所武作兵研究員為第一作者和通訊作者。此工作得到了國家自然科學基金, 國家重點實驗室自主課題等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0142144