以ABX₃（A=有机阳离子，B=金属阳离子，X=卤离子）为代表的卤化物钙钛矿，凭借其优异的光电特性−包括可调节带隙、高载流子迁移率和溶液加工性^[1–5]，使光电研究在过去10 a发生了革命性的变化. 目前，钙钛矿材料已经在太阳能电池、发光二极管（light emitting diode, LED）和光电探测器等领域展现出巨大的潜力，其中钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells, PSCs）的认证功率转换效率（power conversion efficiency, PCE）超过26%，已接近传统晶硅太阳能电池最高效率^[6–8].

相较于真空沉积等传统制备方法，溶液法制备因其低成本、可扩展性强和工艺简便成为制备高质量钙钛矿薄膜的主流路线. 然而，该方法仍面临诸多瓶颈，基于溶液制备的核心挑战在于控制钙钛矿前驱体溶液中溶质在溶剂挥发和结晶过程中的聚集行为. 例如，过度的溶质富集不仅会引入大量缺陷，使其成为非辐射复合中心及离子迁移传输通道，还会显著削弱器件的性能与稳定性^[9]，并且在涂膜与结晶过程中，前驱体溶质易发生不均聚集，导致膜层厚度不均、咖啡环效应（coffee-ring effect）以及结晶无序等问题^[9–12]. 近年来的研究表明，成膜过程中的流体动力学行为在决定钙钛矿膜的微观形貌与结晶质量方面发挥着关键作用^[13–16]. 例如，在旋涂过程中，离心力主导溶剂挥发速率与溶质分布；在刮涂过程中，剪切应力与蒸发前沿动力学共同影响晶核生成与边缘厚化^[13,16]. 与此同时，界面应力（通常源于热失配或晶格失配）会进一步耦合影响结晶动力学及缺陷演化过程. 因此，通过流体动力学调控实现钙钛矿薄膜的可控结晶成为近年来的重要研究方向. 近年来，针对溶液法钙钛矿薄膜成膜过程中溶质迁移与结晶行为的调控，相关研究逐步从化学体系优化拓展至对流体动力学过程的干预. 已有研究显示^[17–19]，通过溶剂选择、添加剂引入及界面行为调控，可改善溶液铺展特性并调节溶质输运路径，从而提升薄膜均匀性与结晶质量；在此基础上，表面活性剂工程被用于调控前驱体溶液的润湿性和表面张力分布，在一定程度上缓解了界面不稳定性引发的非均匀沉积问题；而后进一步拓展至水基绿色溶剂体系，通过环境与界面协同调控实现相对均匀的结晶过程. 然而，上述方法对具体化学体系和工艺窗口具有一定依赖性. 针对这一问题，研究者开始从流体动力学角度出发，通过重构成膜过程中的流场与界面演化行为，实现对溶质迁移与结晶路径的直接调控. 例如，通过协同抑制咖啡环效应与岛状沉积，可实现对沉积行为和结晶过程的同步调节^[20]；引入流体平衡剂以稳定液体界面和蒸发前沿，则有助于提升薄膜均匀性并兼顾大面积制备的可扩展性^[21]. 此外，在微尺度层面，通过调控马兰戈尼对流与毛细对流的竞争关系，可诱导钙钛矿材料的有序组装^[22]. 总体来看，流体动力学调控已成为理解和发展溶液法钙钛矿薄膜结晶行为的重要途径.

本研究将围绕流体动力学在钙钛矿溶液法制备成膜过程中的关键作用及其调控策略展开系统性综述. 首先，介绍溶液法制备钙钛矿薄膜的基本原理与常用工艺，阐明其在低成本、高可控性方面的优势以及面临的成膜均匀性挑战. 其次，阐述流体力学的理论基础，从溶剂挥发、界面张力、毛细流动及剪切应力等角度分析成膜过程中的动力学行为与物理机制. 接着，重点讨论流体动力学在实际成膜工艺中的应用实例，包括旋涂、刮涂、喷涂等方法中溶质迁移与结晶调控的力学机制. 最后，总结当前发展趋势与面临的挑战，展望多场耦合调控策略、机器学习辅助优化及可规模化制造等新方向. 通过系统梳理从理论到应用的多层次研究进展，本研究旨在揭示流体动力学与结晶行为之间的多尺度耦合关系，为实现高性能、可控生长的钙钛矿薄膜提供理论依据与工艺指导.

目前，钙钛矿薄膜的制备方法主要包括真空蒸镀法、溶液一步法以及两步法等多种路线. 真空蒸镀法通过精确控制各组分的蒸发速率与沉积通量，可实现较高的膜厚均匀性与成分可控性，但其设备成本高、工艺复杂，对大面积连续制备的适配性有限；溶液两步法通常通过先沉积无机骨架（如PbI₂）再引入有机盐完成转化，在一定程度上拓宽了结晶调控窗口，但该过程对扩散动力学与反应条件高度敏感，易引入界面残留与相转化不完全的问题. 相比之下，溶液一步法因其工艺简便、成本低廉和可大面积制备等优势，成为当前制备高性能卤化物钙钛矿薄膜的主要技术路线. 然而，钙钛矿薄膜最终的结构与性能高度依赖于溶液前驱体体系的物理化学特性及成膜过程中溶剂挥发、溶质迁移与结晶动力学之间的复杂耦合行为. 如何在液态到固态的转变过程中实现溶质的均匀分布与有序结晶，仍然是影响薄膜质量和器件稳定性的关键科学问题. 因此，深入理解前驱体溶液的流变特性及其在成膜过程中的动态演化行为，对于实现可控结晶与高质量薄膜的制备具有重要意义.

钙钛矿前驱体溶液通常由卤化物盐、极性溶剂（如DMF、DMSO、ACN等）以及有机/无机离子组分共同构成，其中A位阳离子（如MA⁺、FA⁺）、B位金属阳离子（如Pb²⁺、Sn²⁺）和卤素阴离子（如I⁻、Br⁻、Cl⁻）在溶剂体系中能够形成稳定的络合配位结构. 这些极性溶剂与金属卤化物之间形成的配位键强度差异，会影响前驱体溶液的稳定性、黏度及其溶剂化动力学过程. 不同溶剂体系的配位能力与饱和蒸气压存在差异，可通过调控体系的配位构型与溶剂挥发行为，进而影响后续的溶剂挥发速率及晶核形成速率. 例如，DMSO与PbI₂的强配位作用可延缓结晶过程，有助于形成更均匀的前驱体溶液与致密膜层；而ACN作为弱配位宿主溶剂，减少了传统溶剂DMF由于竞争配位效应引起的非均质成核现象，但因其蒸发速率快则更易引发局部溶质聚集与应力集中^[23-24]. 为了从定量角度刻画不同溶剂分子与钙钛矿前驱体离子之间的配位强度，已有研究提出通过络合稳定常数（stability constant, K）、结合能（binding energy, ΔE）及溶剂化结构演化参数进行表征. 具体而言，Pb²⁺-溶剂分子之间的配位强度可通过核磁共振化学位移变化、傅里叶红外光谱（FTIR）中特征振动峰位偏移以及拉曼光谱中Pb-I键环境变化进行间接量化，并进一步拟合得到表观络合常数K^[25]. 与此同时，密度泛函理论（density functional theory, DFT）计算可用于获得不同溶剂分子与PbI₂或PbX₆⁴⁻配位结构的结合能ΔE ^[26]，从而建立溶剂配位能力的能量尺度排序（如DMSO＞DMF＞GBL＞ACN）. 上述多种表征方法为理解“强配位延缓结晶、弱配位易诱发局部聚集”的物理本质提供了可量化依据.

钙钛矿前驱体溶液在多数情况下表现出非牛顿流体特征，这些体系中包含多种复杂的化学和胶体结构单元，例如卤化物离子配位络合物、纳米胶体颗粒、聚合物添加剂及多组分溶剂混合物，因此在宏观上表现出明显的非牛顿流体特性. 其黏度会随剪切速率变化而降低，呈现剪切变稀（shear thinning）特性，这一现象来源于溶液中离子络合物与溶剂分子间的可逆配位作用被外力破坏. 在此类体系中，剪切应力与剪切速率之间的关系呈非线性，其表观黏度（μ）不再是常数，而是随剪切速率或时间的变化而变化，从而使理想牛顿流体中μ恒定的假设失效^[11]. Sun等^[27]系统整理了27种常见非牛顿流体的经典本构模型，其中大多数属于经验型描述. 在这些模型中，幂律模型（power-law model，也称Ostwald-de Waele model）因其形式简洁且与涂层类流体的实验行为高度吻合，常被用于表征钙钛矿溶液的流变特征，在这个框架中，黏度和剪应力^[28]被描述为

(1)$ \mu =K\dot{\gamma }_{s}^{n-1}\text{，} $

(2)$ \tau =K\dot{\gamma }_{s}^{n}. $

式中：K为稠度系数；$\dot{\gamma}_s $为界面剪切速率，表征流体在固液界面处发生剪切形变的速率；n为无量纲流动指数，n＜1和n＞1分别对应于剪切变稀膨胀流体和剪切增稠假塑性流体，而n=1对应于牛顿流体. 该模型通过指数参数反映溶液对外部剪切的响应，能够有效描述剪切变稀（shear thinning）或剪切增稠（shear thickening）的行为，并可与触变性（即黏度随着剪切时间的延长而下降，在静置后逐渐恢复）的特征相结合用于理解溶液的时间依赖性流变响应^[11,29-30].

已有研究表明，在典型的钙钛矿前驱体溶液（如0.8M-FA_xCs_1−xPbI₃在DMF/DMSO混合溶剂中）中，流动指数n约为0.07（表明强烈的剪切变稀行为），稠度系数K约为0.1~10.0 Pa·sⁿ（具体值随剪切速率范围而变，通常在低剪切下黏度较高，如零剪切下黏度为41 Pa·s，高剪切下降至0.003 Pa·s）^[31]. 而在添加淀粉之类聚合物的MAPbI₃溶液（质量分数为5%~30%）中，n通常为0.5~0.9，K值随添加剂增加而升高，导致黏度从2 mPa·s上升至8 mPa·s以上^[32]. 这些实验参数表明，钙钛矿前驱体溶液在高剪切速率区域（如刮涂刀口或旋涂径向流动区域）会出现明显的表观黏度降低，从而有利于液膜的均匀铺展与溶质再分布；而在低剪切速率区域（如蒸发前沿或靠近基底边界层位置），体系黏度升高，易导致溶质迁移受限并形成局部过饱和区. 基于上述流变特征，这些参数可通过旋转流变仪测量，并用于优化涂布工艺如狭缝涂布或喷涂，以确保均匀成膜. 此外，Liu等^[11]在库埃特流打印体系中利用原位GIWAXS观测到，在持续剪切流场作用下，钙钛矿前驱体溶液由各向同性散射逐渐转变为具有明显择优取向的衍射斑点分布，表明溶液内部溶剂化络合结构在剪切场中发生重排并诱导晶体取向生长；Zhao等^[33]证明通过引入稳定的PbI₂-(DMSO)₂配位络合物可显著改变前驱体溶液中胶体结构与配位状态，并直接影响晶体取向、生长行为及缺陷密度，从实验层面证明了铅-卤素-溶剂络合结构的可调控性，为外场（如剪切应力）扰动局部配位结构提供了微观依据. 综上，结合流变参数变化、原位散射以及实验结果，可以发现持续剪切应力不仅改变溶液的宏观黏度行为，也能够在微观层面扰动铅-卤素-溶剂配位络合结构，从而影响溶质迁移路径及成核动力学过程.

由此可得，钙钛矿前驱体溶液在涂层过程中的流动和变形受到黏性流体动力学原理的控制，其复杂性来自于非牛顿流变行为、随时间变化的边界条件和不断变化的界面应力. 这些因素对钙钛矿膜的溶质迁移、聚集模式以及最终的成核和结晶都有重要的影响. 这种流变行为对旋涂或刮涂过程中溶液铺展和厚度控制具有重要影响，也为流体动力学调控提供了理论基础.

在溶液向固态薄膜转化的过程中，溶质迁移、溶剂蒸发与晶核生成往往难以同时协调，导致多种宏观与微观缺陷的产生. 首先，由于溶质迁移不均，在溶剂蒸发驱动下，液体表面张力梯度会引发毛细流动（capillary flow），促使溶质向边缘聚集，形成典型的咖啡环效应，其微观示意图如图1(a)所示，这一效应导致膜层厚度不均和边缘堆积，使得后续结晶取向失衡，严重影响器件的光电均匀性. 为了直观地类比咖啡环效应，如图1(b)和图1(c)所示分别展示了放置在网格纸上的透明薄膜上的咖啡液滴蒸发之前和之后的对比图.其次，蒸发速率的不均匀性会在溶液内部形成浓度梯度与温度梯度，引发局部应力累积. 在快速干燥条件下，表层溶剂先行蒸发而底层仍滞留，造成薄膜面外方向的应力梯度，使薄膜产生微裂纹或孔洞结构. 此外，非均匀蒸发还可能改变溶质浓度分布，诱发非理想的晶核尺寸差异和形貌缺陷. 总之，若结晶过程缺乏有效控制，易出现结晶无序、晶界增多及缺陷密度升高等问题. 这些缺陷往往作为非辐射复合中心和离子迁移通道，导致载流子寿命缩短、迁移率下降，并进一步削弱器件的光电转换效率与环境稳定性.

这些复杂的流变行为在旋涂、刮涂、喷涂等成膜工艺中具有重要意义，前驱体溶液的黏度变化直接决定了液膜的铺展速率、溶质分布及蒸发动力学过程. 特别是在非牛顿体系中，流体的局部黏度变化会导致溶质迁移速率空间分布的不均一，从而与毛细流、马兰戈尼流（Marangoni flow）现象产生耦合. 这种耦合常常放大溶质在液滴或薄膜内部的非均匀迁移，成为引发膜层缺陷和咖啡环效应的重要流体动力学根源. 因此，在溶液法制备中必须综合考虑溶液流变特性、蒸发动力学与结晶机制三者之间的协同关系，建立从溶液分子尺度到成膜宏观尺度的多层次调控策略，才有利于形成高质量、低缺陷的钙钛矿薄膜.

钙钛矿薄膜的形成过程本质上是一个复杂的流体动力学与结晶动力学耦合问题. 溶液在基底表面的铺展、流动与蒸发行为直接决定了前驱体溶质的迁移路径和局部浓度分布，从而影响结晶均匀性和膜层致密度. 掌握成膜过程中的流体动力学规律，对于理解薄膜缺陷的形成机理和优化涂布策略具有关键意义.

在溶液法制备中，旋涂（spin-coating）、刮涂（blade-coating）和喷涂（spray-coating）是最常见的薄膜沉积手段，如图2所示展示了3种溶液法的制备示意图. 无论采用何种方式，流体在外力（离心力、剪切力、毛细力）与蒸发驱动下的演化过程，都会影响溶质分布与成膜均匀性.

在旋涂过程中，液膜厚度随时间迅速减薄，其动力学可由Emslie模型^[34]描述，该模型假设体系为牛顿流体，通过解析离心力与黏滞力平衡，推导出液膜厚度的衰减规律；而Acrivos模型^[35]则进一步将体系扩展至幂律型非牛顿体系，通过引入黏度随剪切速率变化的幂律关系，更好地描述了钙钛矿前驱体溶液的真实流变行为. 除离心力驱动外，非均匀溶剂蒸发造成的径向浓度梯度还将诱发毛细补偿流，其既可源于由内向外的质量守恒流，也可由局部表面张力梯度驱动的马兰戈尼流^[36-37]所触发，如图3(b)所示的半月面内部流动示意进一步揭示了此类马兰戈尼对流的典型形态. 高速旋转有助于抑制径向溶质迁移并减轻边缘聚集，但若转速过高，则易导致膜边缘过薄、诱发形成应力集中区域. 更为关键的是，离心流与毛细回流之间的竞争调控了溶质在膜面的最终分布，并对实现均匀形核、降低应力梯度及获得一致的晶体生长至关重要. 若黏度调控或溶剂挥发速率不当，则会破坏该流动平衡，导致径向非均质化、应变累积及易缺陷晶界的形成，从而最终削弱器件性能.

在刮涂过程里，流体动力学可由朗道-列维奇模型（Landau-Levich model）描述，如图3(a)所示，该模型揭示了液膜厚度与毛细数Ca（由涂布速度和液体黏度共同决定）的耦合关系. 当Ca较低时，成膜受到毛细力控制，蒸发速率主导膜厚分布；而在较高Ca区域，黏性主导模式下剪切力增强，膜厚趋于稳定. 在实际工艺中，最终薄膜厚度受叶片间隙、涂布速度和溶液浓度等多因素共同调控，并呈现2个典型区域：(I)在低涂布速度下，蒸发主导薄膜形成，溶剂损失决定膜厚；(II)在高速度下，进入Landau-Levich区域，由黏性阻力与库埃特（Couette）型剪切流共同决定膜厚构建^[38-39].

钙钛矿前驱体溶液普遍表现出剪切稀化特性，使其在高剪切应力区（如刮刀叶片下方）局部黏度降低，从而降低流体阻力并促进液体均匀铺展. 相反，靠近衬底边界层或蒸发锋面的低剪切区，剪切率接近零，局部黏度快速上升，限制溶质扩散并导致浓度累积，促使边界层增厚并在蒸发前沿形成过饱和区，从而可能触发爆炸成核并加剧“岛状沉积”（island effect）的生成. 其中当刮刀以恒定速度平行于衬底运动时，液体主要经历典型的库埃特流（Couette flow）^[38]，其速度场呈线性分布，描述^[41]如下：

(3)$ {v}_{{\mathrm{b}}}(y)=\frac{U}{{h}_{{\mathrm{b}}}}y . $

式中：U为刮刀相对衬底的运动速度，$ {h}_{{\mathrm{b}}} $为液膜厚度，$ {v}_{{\mathrm{b}}}(y) $为离底板高度y的流速. 与半月面导向涂层中常见的毛细管驱动的边缘增厚不同，库埃特流对称的剪切剖面促进了薄膜的均匀铺展. 该线性速度梯度定义了局部剪切率与流变边界条件，促使剪切速率产生空间分布差异，进而加剧溶液黏度的空间非均匀性，从而深刻影响膜层的形核均匀性、应力分布及结晶质量.

值得注意的是，上述朗道-列维奇模型与库埃特流模型均基于牛顿流体假设，而钙钛矿前驱体溶液在实际体系中通常表现出剪切变稀特征，属于典型的非牛顿流体. 为了更准确地描述其流变行为，应该采用幂律模型（power-law model）对体系黏度进行修正，即以剪切速率相关的有效黏度替代常数黏度参数. 已有研究表明，在中等剪切速率范围内，引入幂律指数与一致性系数后，模型仍可较好地刻画液膜厚度演化与溶质输运趋势. 因此，本研究中所采用的经典流体动力学模型可视为一阶近似框架，其预测结果须结合前驱体溶液的流变参数进行校正，以提高对实际制膜过程的适用性与准确性. 当非牛顿效应显著时，须进一步发展包含剪切依赖黏度项的修正模型，以描述流体动力学与结晶动力学之间的真实耦合行为.

在薄膜干燥过程中，流体驱动的缺陷形成尤为关键. 其中，最典型的现象是咖啡环效应，其本质是蒸发诱导的毛细补偿流将溶质持续输运至边缘区域. 在钙钛矿溶液成膜过程中，该效应会导致溶质在液膜边缘显著富集，而膜内区域溶质供给不足，从而引发空间分布不均的成核与生长行为. 边缘区域由于局部过饱和度升高，往往形成较高的成核密度和细小晶粒，晶粒间接触界面数量增加，易产生高密度晶界；与此同时，膜内区域在后期结晶阶段溶质补给受限，晶体生长不充分，容易在晶粒交界处残留孔洞. 此外，边缘与中心区域在结晶速率和膜厚上的差异，会导致在干燥和冷却过程中引入非均匀收缩应变，使晶界成为应力集中区域，从而增加裂纹产生的风险. 与之相对，马兰戈尼对流在一定条件下可部分抵消该效应^[37]. 当溶液表面存在温度梯度或浓度梯度时，表面张力梯度驱动液体产生逆向流动，促使溶质重新分布，从而减弱咖啡环结构的形成. 此外，岛积效应通常源于基底润湿性不足、前驱体溶液局部失稳或早期非均匀成核，其特征表现为溶质优先在局部区域成核并形成离散晶岛. 在成膜初期，各晶岛往往沿不同取向和速率独立生长，随后通过并合形成连续膜层. 在这一过程中，由于晶岛之间结晶时间和晶向存在差异，并合界面处易形成大角度晶界（high-angle grain boundaries），成为载流子复合和缺陷聚集的敏感区域. 同时，晶岛间未被完全填充的区域在溶剂挥发和体积收缩过程中容易演化为贯穿性孔洞（pinholes）. 随着膜层连续化，晶岛并合引起的取向错配和内应力积累，会在晶界附近诱发微裂纹，并在后续热或机械扰动下进一步扩展，最终影响薄膜的结构完整性和器件稳定性. 这些由流体行为驱动的非均匀沉积过程揭示了流场形态、溶剂蒸发和溶质输运之间复杂的耦合关系. 理解这些流体动力学机制为后续通过外力场引入或界面调控来改善膜层质量奠定了重要的理论基础.

在钙钛矿薄膜的形成过程中，流体动力学不仅决定溶液态阶段的质量输运与界面形貌，也深刻影响了随后的结晶动力学行为. 尽管成核和晶体生长通常被视为化学反应或热力学因素主导的微观过程，但其边界条件（包括局部溶质浓度分布、流动方向性、黏度梯度以及蒸发前沿的稳定性）均由宏观流场所塑造. 在刮涂和旋涂此类典型成膜工艺中，钙钛矿前驱体溶液会经历显著的空间非均匀剪切场分布，其中刮刀下方或旋涂径向流动区域属于高剪切速率区，而蒸发前沿及靠近基底的边界层区域则处于相对低剪切速率状态. 由于溶液呈现剪切变稀特性，高剪切区内体系表观黏度明显降低，从而增强了溶质在液膜中的对流输运与再分布能力，有利于实现均匀成核并促进晶粒取向的一致性. 相反，在低剪切速率区域，由于黏度升高，溶质迁移受到抑制，易在局部形成溶质富集和过饱和区域，从而诱导岛状成核或缺陷富集现象的产生. 从机理上看，剪切变稀行为通过在液膜内部引入显著的黏度梯度，改变了溶质迁移路径与局部浓度分布，进而调控成核密度及晶体生长动力学过程. 该过程可描述为“剪切流场重构-黏度分布非均匀化-溶质输运路径变化-成核行为调制-晶粒尺寸与晶界结构演化”的连续物理链条，从而将宏观流体动力学行为与微观结晶过程直接关联起来. 已有研究在库埃特剪切流打印（Couette flow printing）体系中观察到类似现象^[10]，即通过调控剪切速率与流场结构，可诱导钙钛矿晶体产生择优取向并显著放大晶粒尺寸，从而降低晶界密度并改善薄膜电学性能. 这些实验结果进一步验证了剪切流动条件对结晶动力学具有决定性影响，也为利用流变参数和流场设计实现高质量钙钛矿薄膜制备提供了重要依据.

在旋涂、刮涂或溶剂辅助结晶等成膜方法中，气-液-固三相区域内的液桥呈现强烈的蒸发梯度，使流速、蒸发速率和溶质扩散的竞争关系进一步放大了宏观流场对结晶的影响. 当蒸发速率远高于对流输运速率时，溶质无法及时重新分布而在局部积累，引发快速且无序的成核；相反，当对流速率占据主导时，溶质在流场中不断被重新调和，有助于形成均匀的过饱和区域，从而获得更致密、连续且具有一定择优取向的晶体层. 在前驱体溶液从液相过渡至固化阶段的全过程中，蒸发前沿稳定性、剪切梯度大小和溶液内部浓度分布共同界定了结晶动力学的窗口，使得晶粒尺寸、晶界结构乃至缺陷分布都在宏观流场的影响下表现出可调性.

因此，钙钛矿成膜并非简单的“溶液-固体”转变，而是一个由流体动力学主导、结晶动力学响应的连续多尺度耦合过程. 流场驱动的溶质迁移、蒸发诱发的浓度梯度以及界面处的应力分布共同构建了结晶发生的初始条件，使不同涂膜方式的流动模式最终都会反映在晶体结构与薄膜质量上. 深入理解这一跨尺度耦合关系，不仅有助于解释不同成膜工艺之间的结晶差异，也为通过调控流场实现高质量钙钛矿薄膜提供了理论基础.

上述流体动力学与结晶动力学的耦合机制同样适用于以离散液滴为基本单元的喷涂沉积（spray coating）这类新兴溶液法制备工艺. 在喷涂过程中，单个液滴在基底表面的铺展、蒸发与固化行为同样受到蒸发诱导毛细流与马兰戈尼对流的协同调控，其内部溶质迁移路径与旋涂或刮涂体系在物理本质上具有一致性. 当局部蒸发速率过快或基底润湿性不足时，液滴内部易形成由边缘向中心的溶质再分布失衡，从而诱发非均匀成核并形成岛状沉积结构. 随后不同晶岛在并合过程中由于结晶时间与取向差异，易在晶界处引入缺陷与内应力集中. 因此，本研究所讨论的咖啡环效应抑制、马兰戈尼对流调控以及岛状沉积约束模型，同样可用于解释喷涂体系中液滴尺度下的结晶行为，并为其成膜均匀性与微结构调控提供统一的理论框架.

在钙钛矿溶液成膜过程中，流体动力学不仅决定溶液在基底上的铺展方式与湿膜厚度演化，更深刻影响蒸发前沿的稳定性、溶质迁移路径以及最终的结晶取向. 因此，将流体动力学从“隐性影响因素”转变为“可设计变量”已成为实现高质量薄膜与可控微结构的关键思路. 须指出的是，本研究总结的溶液工程与剪切条件及其他流体动力学调控策略多建立在特定钙钛矿组分与基底体系之上，其最优参数区间并不具有完全的普适性. 当更换前驱体组成或基底材质时，溶液的黏度、表面张力及离子配位结构，以及基底的润湿性与界面剪切条件均会发生变化，从而导致流场结构与溶质输运行为出现显著差异. 因此，直接套用已有文献中的工艺参数往往难以获得相同的成膜效果. 相比于具体参数值，更具可迁移性的调控思路是以无量纲参数（如雷诺数、毛细数）表征流动、蒸发与扩散之间的相对关系，并通过少量实验数据对模型进行校准，从而实现不同材料体系下调控策略的有效推广. 通过结合具体实例，将从工艺调控、表征手段与建模工具3个层面系统讨论流体动力学的实际应用，概览如表1所示.

在溶液工程中，溶剂体系的选择决定了前驱体的溶剂化结构、溶剂挥发速率和溶液的黏度特征，因此溶剂选择成为调控流体动力学的最直接手段. 不同溶剂如DMF、DMSO、GBL或ACN具有截然不同的配位能力和蒸气压，能够显著改变溶质在流场中的迁移行为与蒸发前沿的稳定性. 在这一过程中，溶液黏度μ及由温度或浓度梯度引发的表面张力梯度∇γ是主导流体动力学机制的核心参数，它们共同决定马兰戈尼流的方向与强度. 当溶剂或添加剂体系降低表面张力梯度、压低对流-扩散比Pe时，对流场趋于稳定，有助于抑制边缘富集和湿膜厚度的局部波动. 例如，强配位溶剂通常延缓晶核形成，使流体在更长的时间尺度内维持稳定的剪切稀化状态；而高挥发性溶剂则会放大咖啡环效应趋势，往往须通过溶剂混合或引入含弱相互作用的添加剂来提升黏性阻尼，从而重新平衡溶质迁移的均匀性. 特别是聚合物链段的引入能够提供可控的黏度平台，通过分子间弱相互作用调节溶液黏度、界面张力与触变性，减弱溶质迁移的不均匀性. 例如，通过向前驱体溶液中加入聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDAM）以提高体系黏度，可形成弱交联性的聚合物网络，从而增强黏性阻尼，显著抑制马兰戈尼对流与咖啡环效应诱导的边缘富集^[42]；此外少量甲醇（MeOH）的引入则可触发双向马兰戈尼流，平衡内外溶质迁移，实现更均匀的膜面形貌^[21]. 在这些策略与应用中，如何实现溶剂-添加剂-前驱体三者之间的协同，是控制成膜流场稳定性和最终结晶质量的核心.

在工艺优化方面，旋涂和刮涂的沉积涂膜方法中的动力学参数直接塑造溶液流动形态. 旋涂过程中的转速与旋涂时间决定了径向流速、黏度梯度和溶剂去除速率的相对关系，其本质上是一种以剪切速率$ \dot{\gamma } $为主导的流动模式. 当剪切增强时，液体表现为Couette型速度梯度结构，使溶液在径向方向产生稳定重分布，改善溶质在膜面的均匀性；较高的旋转速度可以增强剪切场，促进溶液均匀铺展，但也可能加速边缘蒸发，使膜面变薄或引发离心驱动的溶质外迁. 在刮涂中，刮涂速率控制着局部毛细数及剪切区的宽度，共同决定湿膜厚度与溶质分布. 当黏性主导增强时（高Ca、高雷诺数Re-韦伯数We区），湿膜增厚且流场趋于稳定；低速下刮涂则更依赖蒸发-流动耦合，在刀口后方容易产生浓度梯度. 在工艺应用中，气流调控逐渐被视为能够精细调节蒸发速率的重要手段. 通过调节风速、风场方向或局部气流扰动，可以有效改变蒸发前沿的稳定性，抑制溶质边缘堆积，甚至构建受控的梯度蒸发机制，以促进均匀的定向结晶^[43,45].

在抑制咖啡环效应方面，不同成膜工艺所对应的流体动力学机制存在显著差异. 以旋涂与刮涂为例，旋涂过程中液膜主要受离心力驱动形成径向流场，溶质迁移方向与蒸发通量梯度高度耦合，尽管可通过提高转速或优化溶剂体系改善膜层均匀性，但在液膜边缘区域仍易产生溶质富集现象. 相比之下，刮涂过程以库埃特剪切流为主导，其流场沿刮涂方向呈准一维分布，通过调控刮涂速度和液膜厚度，可有效削弱径向溶质输运并重构溶质分布路径，从而在更大面积范围内抑制咖啡环效应的产生. 从适用场景来看，旋涂更适合于实验室尺度条件下对溶剂工程和添加剂策略的快速筛选，而刮涂及狭缝涂布这种连续工艺则更适用于大面积制备，其在流场结构和蒸发行为上的可控性更强，有利于实现稳定的溶质输运与结晶调控. 因此，不同调控策略应根据制备尺度和工艺需求进行针对性选择，而非简单套用单一方案.

对于喷涂沉积工艺，液滴尺寸、喷射速率及基底温度共同决定了液滴铺展动力学与蒸发前沿稳定性，其成膜行为同样可由咖啡环效应、马兰戈尼对流及岛状沉积模型加以描述. 通过调控溶剂体系与表面张力梯度，可有效抑制液滴边缘溶质富集并延缓局部过饱和成核，从而避免随机岛状晶核的形成. 进一步结合基底润湿性调节与气流辅助蒸发控制，可在液滴尺度上构建相对稳定的对流模式，使溶质迁移趋于均匀分布. 上述结果表明，本研究建立的流体动力学调控框架不仅适用于连续液膜沉积体系（如旋涂与刮涂），同样可推广至以离散液滴为特征的喷涂工艺，为喷涂法制备高均匀性、低缺陷钙钛矿薄膜提供理论依据与工艺指导.

界面工程同样在流体动力学调控中占据重要地位. 基底的润湿性、固-液界面能$ {\gamma }_{{\mathrm{sl}}} $与润湿角θ决定了溶液的铺展角度和接触线稳定性，是控制毛细作用与界面驱动流的核心因素. 当基底润湿性较强时，液体可形成具有连续液桥的稳定铺展界面，借助界面剪切应力τ_interface的重构作用，有效抑制咖啡环效应并提升晶核分布的均匀性^[46]；而低润湿性表面上，液滴易收缩、边缘曲率增大，导致局部溶质积累并加剧岛积效应. 此外，基底粗糙度的微米或纳米尺度调控也会进一步影响局部流场，为界面诱导成核创造可能. 近年来发展出的电流体动力学喷墨打印法（electrohydrodynamic printing method, EPM）^[20]、弯月面辅助涂膜（meniscus-assisted coating）^[9]方法，通过对液桥曲率的人工调节及蒸发梯度的构建，使沉积过程中形成可预测且稳定的对流模式，促使晶核沿液桥方向择优取向生长，从而实现结晶取向与微结构的精准调控.

随着流体动力学在钙钛矿成膜领域的重要性日益凸显，能够直接观察流场、蒸发过程和结晶行为的实验手段成为构建机制理解不可或缺的支撑. 粒子成像测速（particle image velocimetry， PIV）为研究者提供了可视化流场的能力，通过跟踪溶液中微粒的运动轨迹，可以解析剪切区域、回流区和蒸发驱动迁移区的形成机制，并定量描述溶质迁移路径. 为了进一步理解结晶结构与流动方向的耦合关系，掠入射广角X射线散射（grazing-incidence wide-angle X-ray scattering， GIWAXS）这类^[44]原位表征技术可在沉积过程中实时监测晶体的取向演变，揭示剪切应力与流场稳定性如何影响结晶速率、晶面生长偏好与晶粒取向的规律. 此外，各类光学监测技术（包括蒸发速率监测、干燥前沿成像或液桥厚度分析）为研究溶剂挥发与流体行为提供了时间分辨的实验依据，使得流体与结晶行为之间的联系得以在更直接的尺度上建立.

在理论和数值模拟方面，计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）模拟与有限元建模逐渐成为理解复杂流场不可替代的工具. 基于Navier-Stokes方程的CFD模拟可重现旋涂、刮涂和液桥涂布中速度场、剪切速率和压力梯度的演化过程，帮助研究者可视化不同工艺参数下的溶质迁移路径和流场稳定性. COMSOL多物理场软件平台能够进一步将流体动力学与蒸发、热传递和结晶动力学耦合，使模型具备跨尺度预测能力. 在上述数值建模基础上，CFD模拟不仅可用于解释成膜过程中的流动与结晶行为，还可反向指导实验工艺参数的优化设计. 通过对不同涂布速度、液膜厚度、刮涂间隙及环境边界条件的模拟分析，可预判流场稳定性、溶质迁移路径及潜在缺陷区域，从而缩小实验参数搜索范围，并实现对成膜均匀性和结晶质量的定向优化. 将模拟结果与实际薄膜形貌和缺陷分布进行对比验证，有助于建立“工艺参数-流体响应-薄膜质量”之间的定量关联，为实验方案的理性设计提供依据.

随着机器学习方法在材料领域的迅速发展，数据驱动的流场预测和工艺优化模型正在成为新的趋势. 通过整合实验数据和模拟结果，机器学习可快速筛选最佳工艺窗口，预测复杂的多场耦合行为，并为高通量制备和流程自动化提供理论基础：1)基于物理约束的神经网络模型可对流场演化、蒸发行为及溶质迁移进行实时预测，并显著降低传统CFD模拟的计算成本；2)通过构建大规模实验-模拟联合数据库，机器学习能够识别影响膜厚均匀性、结晶速率与缺陷生成的关键参数，实现多变量工艺空间的全局优化；3)在自动化成膜设备中，强化学习与自适应控制策略可根据在线表征反馈动态调节旋涂速度、刮涂间隙与温度场，实现闭环控制的智能化薄膜制备.

尽管流体动力学已成为薄膜沉积与结构调控的重要理论基础，但在面向大面积、高一致性与高性能应用时仍存在关键瓶颈. 随着制备尺度由实验室级向工业化尺度扩展，溶液流动性、蒸发速率与结晶动力学之间的耦合呈现显著的空间非均匀性：边缘因蒸发增强易产生过强径向流动，而中央区域则可能因剪切不足导致溶质滞留. 这种尺度放大引起的流场失衡，使旋涂、刮涂和狭缝涂布在工业化放大时难以兼顾速度、均匀性与材料兼容性，维持平稳流体场与可控结晶前沿成为核心挑战. 在实际生产过程中，上述尺度放大引发的流场失衡问题已普遍出现. 例如，在实际试产过程中，欧洲太阳能研究机构Solliance使用狭缝涂布技术制备了144 cm²大面积钙钛矿模块，并达到了14.5%的电池效率，这表明钙钛矿薄膜涂布工艺具有一定的放大潜力，但同时暴露出均一性与缺陷控制仍是限制效率进一步提升的关键因素. 在高速刮涂或狭缝涂布条件下，液桥稳定性不足及横向流速不均易诱发条纹缺陷和局部提前结晶，从而制约涂布速度与膜层质量的同步提升. 因此，流体动力学调控在大规模生产中仍面临三方面的挑战：一是连续化生产中流场结构的稳定与可重复控制；二是工艺参数优化过程中性能提升与制造成本之间的平衡；三是缺乏成熟的在线监测与反馈调控手段以实现结晶过程的实时调节. 未来研究须聚焦工程化应用，关键在于突破大面积制备过程中流场稳定性难以维持和结晶过程难以实时调控的技术瓶颈.

在高要求器件结构的制备中，多物理场与流体动力学的协同调控被视为突破途径. 电场可改变带电溶质迁移方向并重构流场，声场通过微流体振荡提升混合均匀性抑制咖啡环效应，光场诱导的局部热梯度与马兰戈尼对流可以在不扰动液面形貌的前提下调节表面张力分布. 然而，这些外场引入的新流动模式常与黏性、毛细力与蒸发驱动力相竞争，导致显著的非线性响应. 如何在时空尺度上实现多物理场的协同而非冲突，是当前理论建模与工艺工程中亟待解决的重要问题.

面对复杂而瞬变的流场，现有实验表征在时空分辨率上的局限愈加突出. 常规光学监测虽能获取液面宏观演变，却难以解析微米尺度的局部速度梯度；PIV在高蒸发或高黏度体系中易因示踪颗粒失稳而降低可靠性；GIWAXS虽能揭示取向与相变信息，但其时间分辨率通常难以追踪结晶前沿与流场之间的瞬态耦合. 实验观测与材料动力学之间的这段“缺口”使沉积过程中从溶液态到固化态的连续演化难以完整捕捉，也限制了对流体驱动成核与取向机制的直接验证. 如图4所示给出了基于同步辐射GIWAXS测量的典型实验结果，进一步说明多尺度表征技术在揭示流体动力学调控结晶行为中的作用. 结果表明，不同溶剂调控条件下薄膜呈现出显著差异的晶体取向分布，其中B-ACN体系表现出更强的择优取向特征，而对照组与S-ACN样品则呈现更为分散的取向结构. 这些定量结果从实验层面验证了流体动力学过程对结晶动力学与薄膜微结构演化的关键影响.

在理论建模方面，多尺度耦合仍是核心瓶颈. 微观分子动力学能够描述溶剂化与成核事件，但难以覆盖毫米级涂布过程；宏观CFD与有限元模型可重建黏性流动、剪切分布与蒸发场，却无法精确纳入溶质富集、相变或取向生长等微观过程；介观相场模型虽能模拟晶粒演化，但对真实蒸发速率与流场输入高度敏感，预测结果常与实验存在偏差. 当前尚缺乏能够同时整合流动、蒸发、溶质迁移与结晶动力学的统一框架，这一跨尺度鸿沟限制了沉积过程的机制解析，也阻碍了可预测、可调控的成膜窗口的构建. 尽管将CFD模拟与机器学习相结合被认为是构建钙钛矿成膜多尺度预测模型的重要发展方向，但该类模型仍存在明显局限性. CFD模型基于连续介质假设，难以直接描述分子尺度的溶剂挥发与成核初期动力学行为，而机器学习模型则高度依赖训练数据分布，其在新工艺参数空间中的外推能力仍有限. 此外，不同尺度模型之间的参数传递可能导致不确定性逐级累积，从而影响预测可靠性. 因此，跨尺度模型的建立必须依托系统的实验验证与参数校准过程. 例如，可通过粒子成像测速（PIV）测量实际流场以校准CFD预测结果，并结合原位光学成像或GIWAXS表征溶质输运与结晶行为，将实验数据作为机器学习模型的训练与约束条件，从而实现模型—实验之间的闭环优化.

综合来看，大面积制膜的均匀性、多物理场辅助调控的耦合复杂性、表征技术的分辨率局限以及跨尺度建模的精度缺口，共同构成了未来溶液加工材料面临的关键挑战. 但这些挑战也指向了未来的研究趋势：通过更精细的界面工程、更高维度的流场调控、更强时空分辨率的表征手段以及具备真实材料参数的跨尺度模拟体系，或将建立起从流体动力学到结晶动力学的完整可视化工具链，使得薄膜沉积从经验调控迈向可预测、可设计和可复制的科学发展路径.

综观钙钛矿薄膜的溶液法制备过程，流体动力学始终贯穿于溶液铺展、蒸发固化与晶体形成的整个时序，是决定薄膜均匀性、缺陷密度与晶粒取向的根本物理基础. 随着研究不断深入，薄膜沉积过程的理解正逐渐从经验性调参转向机制驱动的科学体系，而“机制解析→调控策略→表征与建模”的闭环正成为推动该领域发展的核心范式. 对流体与结晶动力学复杂耦合机制的解析，使识别涂布过程中的关键流场成为可能；基于机制的溶剂体系设计、工艺参数调控与界面工程，为主动塑造涂膜流动与晶体演化提供了策略工具；高分辨表征手段与跨尺度模型的结合，使得流场、蒸发与成核之间的动态联系逐步变得可视、可量化、可预测. 正是在这样不断闭合且迭代的知识结构中，钙钛矿薄膜制备正在稳步走向可控化和工程化.

面向未来，更高维度、更强耦合作用的物理场调控将推动薄膜沉积突破当前的均匀性与一致性瓶颈，并且外场辅助调控（电、声、光、热）与界面工程的协同作用可以为构筑梯度取向、低缺陷与应力可编程的先进结构提供可能；更高时空分辨率的表征手段将缩小流体与结晶动力学之间的观测间隙；机器学习与多物理场模拟的结合，则有望建立从流动到结晶的一体化可计算框架，实现薄膜制备的快速预测、反演优化与智能闭环控制.

随着这些工具链不断完善，钙钛矿薄膜的流体动力学研究不仅将推动更高性能器件的实现，更将为下一代光电材料的规模化制造与结构设计提供共性的理论基础与方法体系，钙钛矿薄膜的制备过程将从经验驱动走向可预测、可设计、可复制的科学与工程体系，并为下一代光电材料的大规模制造提供普适的理论基础与方法范式.