导读：
核壳复合液滴在材料科学、生物医学等领域应用广泛，其核尺寸与数量对功能至关重要。传统微流控技术受通道尺寸限制，难以实现宽范围调控，且装置复杂、成本高。近期，南京工业大学彭浩教授团队提出通过调整同轴毛细管内外通道尖端相对位置的方法，实现了核壳复合液滴核尺寸（0.3-2mm）与核数量（1-46个）的超宽范围精准调控，还揭示了液滴形成从剪切力主导到重力主导的机制转变，并能控制双核液滴的核尺寸比（1.2-1.7）。该方法无需复杂装置改造，有效解决了传统技术的局限，为相关领域的液滴定制提供了新策略。相关研究以“Broad tunability of core size and number in core-shell compound droplets via tip positioning in coaxial capillary”为题目，发表在期刊《Physics of Fluids》上。
本文要点：
1、本研究利用同轴毛细管装置，通过调节内通道尖端相对于外尖端的轴向位置（从回缩到伸出），实现了核壳复合液滴内核尺寸与数量的宽范围调控。
2、结果表明，该操作可触发液滴形成从受限状态向非受限状态的转变，从而突破传统通道尺寸对液滴大小的限制，实现内核尺寸（半径约0.3–2 mm）和数量（1–46个）的精确控制。
3、力分析与模型预测揭示了液滴形成中的力平衡机制与状态转变规律。随内外通道尖端相对位置变化，内核液滴形成机制由剪切主导的颈缩转变为重力主导的脱落。
4、此外，利用内核形成之间的失配，可在同一复合液滴内控制内核尺寸差异（直径比1.2–1.7）。本研究为跨应用的复合液滴结构调控提供了新思路。
图1. 不同尖端距离（D）下的实验装置及多核到单核复合液滴形成过程。内针尖端的垂直位置用红色虚线标注，玻璃毛细管尖端的位置用蓝色虚线标注。
图2. 相同流速（中间相流速Qm=160μL/min、内相流速Qi=20μL/min）下，不同高度尖端差（D*）对应的复合液滴形成过程。图中展示了作用在复合液滴和内液滴上的力：FD为阻力，FK为动能力，Fσ为表面张力，FG为重力。下标“i”和“c”分别代表内液滴和复合液滴。
图3. 复合液滴的尺寸与核数量。（a）不同尖端距离（D*）下，中间相流速（Qm）变化时复合液滴的直径（dc）。实线代表基于公式（5）的模型预测结果，阴影区域表示与预测值的偏差范围为±2.5%。（b）内相流速（Qi）不同且尖端距离D*=0.6时，中间相流速（Qm）增大过程中复合液滴的直径（dc）。虚线代表基于公式（5）的模型预测结果。（c）中间相流速（Qm）不同时，尖端距离（D*）对复合液滴核数量的影响。左侧插图展示了D*=0、0.6和1时的数据；右侧插图展示了中间相流速Qm=80μL/min时，不同D下形成的复合液滴。（d）中相流速（Qm）不同时，尖端距离（D）对内液滴尺寸（di）的影响。
图4.（a）尖端距离D*=0.6、中间相流速Qm=60μL/min、内相流速Qi=20μL/min时，双核心复合液滴的形成过程及液滴形成期间对应的流体宽度。内相（Winner）和中相（Wmiddle）流体宽度的测量位置用红色箭头标注。（b）第一个内液滴的直径变化及其对应的邦德数（Bo）。（c）中间相流速Qm=160μL/min、内相流速Qi=20μL/min时，不同尖端距离（D*）下内液滴形成过程的粒子图像测速（PIV）结果。黑色箭头指向内针尖端，棕色箭头指向玻璃毛细管尖端。
图5. 尖端距离D*=0.6时复合液滴形成的相图。根据液滴形成过程的形态特征，定义了五种形成区域：单核区、双核区、单核（内相射流）区、过渡区和射流区。
图6. 不同流速条件下内液滴与复合液滴的变化规律。（a）第一个内液滴直径（di-1）与复合液滴直径（dc）的比值。（b）第二个内液滴直径（di-2）与复合液滴直径（dc）的比值。（c）复合液滴尺寸（dc）的变化趋势。插图展示了中间相流速Qm=64μL/min时，中间相/内相流速比（Qm/Qi）增大过程中形成的复合液滴，并标注了第一个和第二个内液滴。（d）双核心复合液滴中两个内液滴的直径比值（di-1/di-2）。插图展示了不同直径比下收集到的复合液滴。
论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0286654
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