Michelangelo当年在西斯廷礼拜堂绘制《创世纪》天顶画时，长期受困于颜料不断滴落。KAIST最新研究则为这类液体在重力作用下失稳、滴落的问题提出了新的控制思路。

KAIST于3月12日表示，机械工程系Hyoungsoo Kim教授团队从界面流体力学角度揭示了倒悬液膜在重力作用下发生失稳的机理，并提出通过加入少量挥发性液体来实现控制的方法。

在天花板涂漆过程中，液体会先在表面形成一层薄薄的液膜，但随着时间推移，这层液膜会逐渐失稳并最终滴落。类似现象在日常生活中并不少见，例如浴室天花板上的冷凝水往往先形成水膜，随后聚并成水滴下落；冰箱顶板上的冷凝水也会经历类似过程。

这类附着在上表面的液膜在重力作用下失稳并最终滴落的现象，被称为Rayleigh-Taylor不稳定性。长期以来，学界普遍认为，只要存在重力，这种失稳就很难避免。

研究团队提出，在倒悬液膜中掺入少量挥发性液体。挥发性组分蒸发后，会改变液体表面的浓度分布，进而形成表面张力差。所谓表面张力，是指液体表面趋于收缩的作用力，也是水滴能够保持近似球形的重要原因。

当液体表面出现张力差时，表面张力较大的区域会牵引张力较小的区域，沿界面形成流动，这一现象即为马兰戈尼效应。团队通过实验和理论分析证实，这种界面流动能够抑制液膜在重力作用下的失稳和滴落。

研究团队以一个常见现象作比喻：在水面均匀撒上胡椒粉后，若在中央滴入一滴洗洁精，胡椒粉会迅速向四周散开。这是因为洗洁精接触区域的表面张力下降，周围较高的表面张力会带动液体沿表面流动，颗粒也随之移动。

在本次研究中，挥发性液体的蒸发同样会制造类似的表面张力差。不同之处在于，这一机制并非将液体向外推开，而是通过界面流动将液体向上牵引，以抵消其向下滴落的趋势。

实验结果显示，在特定条件下，液膜即使处于重力作用下也能保持稳定；在部分条件下，团队还观察到液滴不脱落、液膜呈周期性振荡的新现象。这表明，无需额外外部能量，仅依靠液体组分与蒸发这一自然过程，也可以主动调控重力失稳。

研究团队表示，这项技术有望用于精密涂布、电子电路印刷和增材制造等工艺，帮助形成更薄、更均匀的液膜，并提升倾斜表面的稳定涂布能力。相关思路未来还有望拓展至3D打印工艺以及太空环境下的流体控制技术。

Hyoungsoo Kim表示，此次研究的意义在于证明，液体组分设计与蒸发过程本身就可以成为主动控制重力失稳的手段，而不必依赖外部能量输入。该原理不仅适用于涂布、印刷和增材制造，也有望扩展至太空环境中的流体控制。

本项研究由机械工程系硕博连读学生Minwoo Choi担任第一作者，论文已于1月29日在线发表于国际期刊《Advanced Science》，并入选Frontispiece封面栏目。该研究获得韩国研究财团个人基础“中坚研究”项目及KAIST Up项目支持。