When a liquid droplet (e.g., coffee, wine, etc.) is splattered on a surface, the droplet dries in a ring-shaped stain (1). This widely observed pattern in everyday life occurs due to the phenomenon which is known as coffee stain (or coffee ring) effect (2). While the droplet dries, the capillary flow moves and deposits the particles toward the pinned edges, which shows a 2D ring-like structure (3, 4). Here we demonstrate the transition from a 2D to a 3D coffee stain that has a well-defined and hollow sphere-like structure, when the substrate surface is switched from hydrophilic to superhydrophobic. The 3D stain formation starts with the evaporation of the pinned aqueous colloidal droplet placed on a superhydrophobic surface that facilitates the particle flow towards liquid-air interface. This leads to a spherical skin formation and a cavity in the droplet. Afterwards the water loss in the cavity due to pervaporation leads to a bubble nucleation and growth, until complete evaporation of the solvent. In addition to the superhydrophobicity of the surface, the concentration of solution also has a significant effect on 3D coffee stain formation. Advantageously 3D coffee stain formation in pendant droplet configuration enables the construction of all-protein lasers by integrating silk fibroin with fluorescent proteins. No tools, components and/or human intervention are needed after the construction process is initiated, therefore, 3D coffee-stain holds promise for building self-assembled and functional 3D constructs and devices from colloidal solutions.

中文翻译：

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3D咖啡渍

当液滴（例如咖啡，酒等）飞溅在表面上时，液滴会干燥成环形污渍（1）。这种在日常生活中被广泛观察到的模式是由于这种现象而产生的，这种现象被称为咖啡渍（或咖啡环）效应（2）。当液滴变干时，毛细管流移动并朝着钉扎的边缘沉积颗粒，这显示了2D环状结构（3，4）。在这里，我们展示了当基材表面从亲水性转变为超疏水性时，从2D到3D咖啡色的过渡过程，该过程具有定义明确的空心球状结构。3D污点的形成从固定在超疏水性表面上的固定胶态水性胶体液滴的蒸发开始，这有助于颗粒流向液-气界面。这导致形成球形皮肤并在液滴中形成空腔。然后，由于全蒸发而导致腔体中的水分流失导致气泡成核和生长，直到溶剂完全蒸发。除了表面的超疏水性之外，溶液的浓度还对3D咖啡色斑的形成产生重大影响。有利的是，悬垂液滴构型的3D咖啡色斑形成可通过将丝素蛋白与荧光蛋白整合在一起来构建全蛋白激光。在开始构建过程后，无需任何工具，组件和/或人工干预，因此3D咖啡色有望从胶体溶液中构建自组装且功能齐全的3D结构和设备。然后，由于全蒸发而导致腔体中的水分流失导致气泡成核和生长，直到溶剂完全蒸发。除了表面的超疏水性之外，溶液的浓度还对3D咖啡色斑的形成产生重大影响。有利的是，悬垂液滴构型的3D咖啡色斑形成可通过将丝素蛋白与荧光蛋白整合在一起来构建全蛋白激光。在开始构建过程后，无需任何工具，组件和/或人工干预，因此3D咖啡色有望从胶体溶液中构建自组装且功能齐全的3D结构和设备。然后，由于全蒸发而导致空腔中的水分流失导致气泡成核和生长，直到溶剂完全蒸发。除了表面的超疏水性之外，溶液的浓度还对3D咖啡色斑的形成产生重大影响。有利的是，悬垂液滴构型的3D咖啡色斑形成可通过将丝素蛋白与荧光蛋白整合在一起来构建全蛋白激光。在开始构建过程后，无需任何工具，组件和/或人工干预，因此3D咖啡色有望从胶体溶液中构建自组装且功能齐全的3D结构和设备。溶液浓度对3D咖啡色斑的形成也有重要影响。有利的是，悬垂液滴构型的3D咖啡色斑形成可通过将丝素蛋白与荧光蛋白整合在一起来构建全蛋白激光。在开始构建过程后，无需任何工具，组件和/或人工干预，因此3D咖啡色有望从胶体溶液中构建自组装且功能齐全的3D结构和设备。溶液浓度对3D咖啡色斑的形成也有重要影响。有利的是，悬垂液滴构型的3D咖啡色斑形成可通过将丝素蛋白与荧光蛋白整合在一起来构建全蛋白激光。在开始构建过程后，无需任何工具，组件和/或人工干预，因此3D咖啡色有望从胶体溶液中构建自组装且功能齐全的3D结构和设备。