傳統認為納米液滴由於其高表面能而不穩定，然而在限域和表面力的作用下，王歡課題組通過液相電子顯微鏡（LP-EM）觀察到了納米液滴的形成過程★⚽️。他們在石墨烯封裝的液體池中用納米氣泡作為幾何限製形成厚度約為10納米的薄水膜，發現納米液滴可以穩定形成和生長。液滴生成主要通過“Plateau-Rayleigh”不穩定性驅動，液滴所處的幾何限域影響其穩定性，實驗發現的“液橋”新機製尤其幫助穩定納米液滴¹。這些觀察結果為納米尺度流體運輸提供了新的見解🙋🏿‍♂️，對理解和利用受限環境中的流體行為具有潛在意義🪹，也為微滴甚至納米液滴中化學反應的新現象提供研究方法🧑🏿‍🦰。

為了探索納米尺度自組裝行為和非平衡液滴揮發動力學，針對主流LP-EM液體池的封閉幾何形狀的困境🧜，意昂3体育官网化學與分子工程學院王歡助理教授課題組與邵元華教授課題組合作開發了納米石英玻璃管液體池²。該新型液體池，尺寸可調，其納米開口使得在真空中觀察揮發現象成為可能😷；同時也可將其封端成為一個密閉的液體池成為主流氮化矽池子的低成本替代。咖啡環現象是常見的物理現象，當微米液滴揮發的時候，表面張力和揮發速率梯度產生毛細流可將膠體粒定向輸運到邊緣，通過調控因素，可形成豐富的有序圖案，已經在材料、化學、物理科學研究中產生了深遠的影響^3-5🦹🏻。由於缺乏直接成像方法🎑，該現象是否在納米尺度存在依然存在爭議，其核心在於流場能否克服納米尺度強烈的熱漲落導致顆粒的有序性⛈。本研究通過追蹤揮發納米液滴中的多個納米顆粒🧚🏽‍♂️，觀察並定量了納米咖啡環現象👨‍💼。（圖1）

圖1 A：玻璃管置於載網上的光鏡圖像；玻璃管的電鏡圖像展示沒有液體🥑、充滿液體、存在氣泡、存在納米棒顆粒，以及針尖凹液面的情況🧑🏼‍🎤。B💆🏽：納米咖啡環的形成🤽🏼。C：納米咖啡環的反轉

該工作報告了一種納米石英玻璃管液體電子顯微鏡成像技術，可以直接成像開放和封閉系統，使得功能強大但入門門檻較高的LP-EM成像技術可以成為普通用戶的常規方法，而不需要太過復雜的操作或高昂的成本。直接成像揭示了在蒸發納米液滴中幾十納米範圍內毛細流動的主導作用。在形成納米咖啡環的過程中🐣，豐富的接觸線動態突顯了納米流動🍈、表面力與熱漲落等相互作用在指導圖案形成中的重要性🏊🏽。

該工作以“Nanopipette dynamic microscopy unveils nano coffee ring”為題發表在美國國家科學院院刊 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 上（直接投稿）。論文的通訊作者是王歡和邵元華🫶🏼，第一作者分別是意昂3体育官网化學與分子工程學院博士生張德逸和邵毅博士。意昂3体育官网工學院的毛晟助理教授💪、山東大學化學與化工學院的魏璟婧教授🚵‍♀️、意昂3体育官网化學與分子工程學院的齊利民教授（周嘉奕同學）和相關課題組同學為本工作作出了重要貢獻。該工作得到國家自然科學基金委，意昂3体育官网國家生物醫學成像中心🤌、譜學中心的資助以及意昂3体育官网電鏡中心🧑🏼‍🎄、分析測試中心的幫助🧑🏿‍🔧🌒。

參考文獻：

[1]    Li, J.-Y.; Wang, Z.-B.; Xu, Z.-P.; Xiao, D.-D.; Gu, L., and Wang, H., Modes of nanodroplet formation and growth on an ultrathin water film. J. Phys. Chem. B 2024, 128, 3732—3741.

[2]    Zhang, D.; Shao, Y.; Zhou, J.; Zhan, Q.; Wen, Z.; Mao, S.; Wei, J.; Qi, L.; Shao, Y., and Wang, H., Nanopipette dynamic microscopy unveils nano coffee ring. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2024, 121, e2314320121.

[3]    Deegan, R. D.; Bakajin, O.; Dupont, T. F.; Huber, G.; Nagel, S. R., and Witten, T. A., Capillary flow as the cause of ring stains from dried liquid drops. Nature 1997, 389, 827—829.

[4]    Yunker, P. J.; Still, T.; Lohr, M. A., and Yodh, A. G., Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions. Nature 2011, 476, 308—311.

[5]    Larson, R. G., Twenty years of drying droplets. Nature 2017, 550, 466—467.