张福建 陈悦 高翔 刘珍 张忠强3)‡

1) (江苏大学智能柔性机械电子研究院, 镇江 212013)

2) (江苏科技大学船舶与海洋工程学院, 镇江 212003)

3) (常州大学, 江苏省光伏科学与工程协同创新中心, 常州 213164)

(2021 年5 月13 日收到; 2021 年5 月28 日收到修改稿)

1 引 言

液滴定向自驱动在自然界中广泛存在, 例如沙漠甲虫利用背部的凸起结构收集液滴[1], 猪笼草吻部特殊的沟槽结构实现水的单向运输[2]等. 明确液滴自驱动的特性和机理对于实现水收集[3,4]、固体表面自清洁、微流控芯片[5]等应用具有重要价值.目前, 液滴驱动主要分为液滴自驱动和外场作用下的驱动. 外场作用下的驱动具有需要外场输入、控制复杂等特点[6-8], 在宏观尺度存在能量消耗, 在微纳尺度难以精确添加外场. 而液滴自驱动则是依靠基底的形貌梯度[9,10]、表面润湿梯度[11]、刚度梯度[12]等来驱动液滴, 由基底自身的润湿梯度决定液滴自驱动的方向, 无需外场输入, 实现了简单高效的液滴驱动. 例如, 梯度密度排列的柱状结构实现水滴从柱稀疏端向密集端移动[13], 锥形曲率结构实现水滴从圆锥尖端向尾端的自主运输[14,15]. 然而, 基底表面缺陷产生的液滴移动接触线钉扎通常会影响液滴的运动[16-18]. 基于猪笼草吻部和U 型岛阵列的非对称结构可以利用钉扎现象防止液体回流[19,20], 从而实现连续液体的定向铺展, 但是无法驱动单个液滴, 而基于莱顿弗罗斯特效应克服液滴接触线钉扎以驱动液滴的方法又表现出控制困难的特点[21,22], 且莱顿……