合理调控界面材料的结构与化学组成，可以优化界面与流体之间的相互作用，从而实现低耗、无损、智能的流体传输过程。流体二极管（Liquid Diode），是一类仅允许流体仅在一个方向上通过，而在反方向上阻止流体通过的智能界面材料。在过去的十年中，研究人员设计了一系列具有不对称润湿性的材料，如织物、聚合物纤维和金属网，来实现此类流体单向导通。例如，水滴将会单向从网材疏水面流向亲水面，而此过程中，表面张力是液体输运的唯一动力。在传统的认识中，浸润性梯度和浸润性差异，是设计此类单向导通系统的唯一途径。

图1 二元仿生设计具有液体单向导通的流控器件

  受水稻叶各向异性浸润性和猪笼草超润滑界面现象的启发，天津大学曹墨源副研究员团队联合北航刘克松教授团队设计了一种可以实现液体单向操纵的正交排列的各向异性Slippery轨道组合网材（IMOAS，图1）。与之前依靠不对称浸润性Janus结构来实现液体单向操纵的器件相比，IMOAS仅通过调节水平轨道和下降轨道的相对位置即可实现液滴滑动模式和穿透模式的转换（图2），而不涉及任何浸润性梯度/对比，发展出了一类利用2维各向异性界面组合来实现液体单向输运的新途径。

图2 IMOAS液体操纵模式转换

  通过3D打印聚乳酸二维轨道，将轨道正交组装后进行疏水化处理，最后通过硅油浸润可获得IMOAS。IMOAS倾斜放置，由水平轨道（H-track）和下降轨道（D-track）组成。通过调节水平轨道和下降轨道的相对位置即可实现液滴滑动和穿透模式的转变。当水平轨道在上时，液滴在IMOAS上表面稳定滑动。当下降轨道在上时，液滴将穿透IMOAS在下表面滑动。这种液滴单向输运行为可归因于液滴与不同结构轨道相结合时的微小表面能差异（<1×10^-8 J）。各向异性轨道的正交排列使得光滑轨道形成突出结构。IMOAS的润滑层形成弯曲连续的润滑油/空气界面（图3a）。液滴在IMOAS上存在卡在水平轨道之间和处于下降轨道上两种位置。当液滴处于水平轨道之间时，液滴与润滑剂接触面积明显增加，导致液滴滑动状态稳定（图3b）。即液滴在IMOAS上倾向于在液固接触面积大的一侧滑动。在光滑表面上的液滴的两种模型中，共同的趋势是液体和轨道之间的较大接触面积导致总表面能的成功释放。

图3  a.液滴/润滑剂界面和润滑剂/空气界面的轮廓呈弯曲形状。b.液滴在IMOAS上的两种位置。

  研究人员探究了IMOAS孔径，倾斜角和液滴大小对液滴单向操纵的影响，还展示了IMOAS在液滴操纵方面的几个潜在应用，包括雾水收集中的微小液滴控制和液滴阵列的自规操控等。本项工作受国家自然科学基金、天津市青年人才托举工程等项目资助。(Adv Funct Mater, 2019, 1904446)

  论文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201904446