研究矿物盐在复杂胶体盐基质薄膜干燥过程中的结晶动力学是一个具有相当研究兴趣的课题,因为它与材料的结构、性质直接相关,并且对于控制结晶和胶体产品设计至关重要。在本文中,使用实验和数值方法系统地研究了由结晶机制引起的宏观结构的形状和尺寸分布。在实验中,氯化钠在淀粉或黄原胶溶液中的结晶被认为是一个模型系统。发现诸如介质的蒸发速率和局部粘度等量化参数主要控制分枝状树枝状图案的成核和传播,导致几类分形聚集体,如河流纹、十字纹、指状结构等。图案的分形维数与盐浓度无关,但随增稠剂的初始浓度而变化。通过基于扩散限制聚集 (DLA) 和沉积、扩散和聚集 (DDA) 算法的两个修改模型,对蒸发速率和介质粘度对图案形成的结晶动力学的影响进行了数值模拟,这使我们能够成功地重现实验结果。我们的实验结果和数值方法为控制复杂凝胶基质中形成的晶体和图案的大小和形状开辟了道路。图案的分形维数与盐浓度无关,但随增稠剂的初始浓度而变化。通过基于扩散限制聚集 (DLA) 和沉积、扩散和聚集 (DDA) 算法的两个修改模型,对蒸发速率和介质粘度对图案形成的结晶动力学的影响进行了数值模拟,这使我们能够成功地重现实验结果。我们的实验结果和数值方法为控制复杂凝胶基质中形成的晶体和图案的大小和形状开辟了道路。图案的分形维数与盐浓度无关,但随增稠剂的初始浓度而变化。通过基于扩散限制聚集 (DLA) 和沉积、扩散和聚集 (DDA) 算法的两个修改模型,对蒸发速率和介质粘度对图案形成的结晶动力学的影响进行了数值模拟,这使我们能够成功地重现实验结果。我们的实验结果和数值方法为控制复杂凝胶基质中形成的晶体和图案的大小和形状开辟了道路。通过基于扩散限制聚集 (DLA) 和沉积、扩散和聚集 (DDA) 算法的两个修改模型,对蒸发速率和介质粘度对图案形成的结晶动力学的影响进行了数值模拟,这使我们能够成功地重现实验结果。我们的实验结果和数值方法为控制复杂凝胶基质中形成的晶体和图案的大小和形状开辟了道路。通过基于扩散限制聚集 (DLA) 和沉积、扩散和聚集 (DDA) 算法的两个修改模型,对蒸发速率和介质粘度对图案形成的结晶动力学的影响进行了数值模拟,这使我们能够成功地重现实验结果。我们的实验结果和数值方法为控制复杂凝胶基质中形成的晶体和图案的大小和形状开辟了道路。
"点击查看英文标题和摘要"
Controlling salt crystallization in evaporating thin films of colloidal liquids
Studying crystallization kinetics of mineral salts during desiccation of thin films of the complex colloidal salt matrix is a topic of considerable research interest due to its direct relations to the structures, property of materials, and utmost importance for controlling crystallization and colloidal products design. In this article, the shape and size distribution of macro-structures induced by the crystallization mechanism were systematically investigated using experimental and numerical methods. In the experiments, Sodium Chloride crystallization in starch or Xanthan solutions is considered as a model system. It is found that quantified parameters such as evaporation rate and local viscosity of the medium mainly govern nucleation and propagation of the ramified dendritic patterns leading to several categories of fractal aggregates, such as river patterns, cross-shaped patterns, and finger-like structures. The fractal dimension of the patterns is independent of the salt concentrations but changes with the initial concentration of the thickener. The effect of evaporation rate and the medium viscosity on the dynamics of crystallization for pattern formation was simulated numerically by two modified models based on diffusion-limited aggregation (DLA) and the deposition, diffusion, and aggregation (DDA) algorithms which enable us to successfully reproduce the experimental results. Our experimental results and numerical approaches open avenues for controlling the size and shape of crystals and patterns formed in a complex gel matrix.