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仿生亲水微轨道-超疏水复合表面液滴可控定向引导研究

2021-11-08刘洋张辉周彬董光能

表面技术 2021年10期
关键词:方向

刘洋,张辉,周彬,董光能

(1.西安交通大学 现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室,西安 710049;2.陕西汉德车桥有限公司,西安 710201)

由于在自清洁[1]、油水分离[2]、微纳芯片[3]、水收集[4]、抗结冰[5]和防雾[6]等工程领域有着巨大应用前景[7],超疏水表面(即水滴接触角大于150°的表面)在近几十年来被世界范围众多研究人员进行了广泛研究。近年来,水滴在超疏水表面的操纵和各向异性引导已成为热门话题[8-14]。进化和自然选择,使动植物拥有特殊的超疏水表面来实现其特定功能,通过水滴的各向异性滑动来开发表面的想法,最初是受到生物表面的启发,例如水黾、沙漠甲虫、蝴蝶等[4,15-19]。生物表面的这种各向异性滑动特性吸引了许多研究人员,人们探索了其在许多工程领域中的潜在应用。例如对于微升尺度液滴的存贮、运输和混合等静动态行为控制,集水、微小液滴的混合、微流体控制以及微尺寸液滴转移操作等,甚至在高通量细胞筛选、散热、蒸发控制以及干旱多雾地区水资源收集等新兴领域,也具有重要的应用价值[20-24]。

研究人员已经进行了大量模拟各向异性润湿及滑动特性的仿生人造表面的开发和研究[9,11,13]。例如受蝴蝶翅膀的启发,Fang 等人[9]使用飞秒激光标刻PDMS 表面形成“阶梯”结构,其表面表现出稻叶状和蝴蝶翅状特性的各向异性。Long 等人[11]在铜表面制备具有仿生凹槽状结构的超疏水表面,通过这样的表面,他们证明了水滴的各向异性滑动行为主要取决于润湿状态。……

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