泰勒錐(Taylor cone)是由液體在電場下加速、收縮形成，末端非常尖銳。從錐尖噴射出的是微納尺度的液體射流，直徑可以小至奈米甚至原子級。泰勒錐曾讓許多科學大師為之著迷，包括Lord Rayleigh, Geoffrey Taylor （算出錐角並由此得名）和John Fenn（諾貝爾化學獎得主），其中一個重要原因是泰勒錐能輕鬆華麗地完成從毫米尺度到奈米尺度的跨越。例如，泰勒錐可以實現突破傳統噴墨列印解析度極限的噴印製造，可以透過霧化乾燥製備粒度均一的奈米藥物顆粒，可以形成靜電紡絲方便地獲得奈米纖維。

儘管泰勒錐的應用潛力巨大，仍有一個問題長期困擾研究人員，那就是如何增加泰勒錐的數目以提高產量。傳統的泰勒錐的產生都是以毛細管作為噴嘴，因此最直接的方式是加工微噴嘴陣列，但是其加工複雜，容易堵塞，重複性、可靠性欠佳。

近日，《物理評論快報》(Physical Review Letters) 發表一篇以“Massively Multiplexed Electrohydrodynamic Tip Streaming From a Thin Disc”為題的論文，採用一個圓片作為供液系統，在指甲蓋大小的面積成功實現了上千個泰勒錐。

與傳統的毛細管供液產生的泰勒錐相比，基於圓片的泰勒錐具有“準、穩、多”的優勢。“準”是指由圓片產生的泰勒錐們所生成的微小射流和液滴具有高度的單分散性。“穩”則是指圓片產生的泰勒錐具有極高的可控性。隨著電壓的升高泰勒錐的數目迅速增多，並與電壓的平方成線性關係。“多”是指圓片結構天然有助於產生大量的泰勒錐，因為圓片兼具較大的周長（釐米級）和極薄的邊緣（幾微米）：尖銳邊緣誘發的強電場提供較大的電應力，使得泰勒錐之間的間距變小；較大的周長則為大量泰勒錐共存提供了空間。實驗表明，直徑為10毫米，厚度為10微米的不鏽鋼圓盤，其產生的泰勒錐數目可超過1000個。

射流數目隨著電壓增大而迅速增多

“圓片方法可以將泰勒錐的產量提高三個數量級，這是相當可觀的。比如製備500 nm的藥物緩釋顆粒，採用圓片方式我們只需要三個小時就可以完成單個泰勒錐一年的產量，”論文第一作者王志備說，“此外，圓片結構也可以用於靜電紡絲。由於沒有采用毛細管，因此天然地避開了噴嘴堵塞的難題。”

基於圓片的靜電紡絲

由於這項工作的“particular importance, innovation, and broad appeal (特別的重要性，創新性和能引起廣泛興趣)”，文章被選為PRL編輯推薦(Editors' Suggestion)。PRL稿件錄用率低於25%, 而錄用稿件中只有1/7被選為“編輯推薦”。

南方科技大學力學與航空航天工程系為本文第一單位，博士生王志備為第一作者，本科生田逸和張楚唯為共同作者，鄧巍巍教授為通訊作者。此項研究得到了國家自然科學基金和南科大軟物質與複雜流動研究所的支援。

論文連結：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.064502