北航田东亮教授团队 ACS Nano:超稳定超疏水表面用于表面减压及液体导流
2022-10-18 来源:高分子科技
表面无损单向液体输运一直是材料科学的研究热点,在微反应器、润滑、喷墨打印、自清洁表面和微流体等领域都受到了广泛关注。目前研究人员制备了化学成分和结构形态梯度变化的人造各向异性表面,成功地实现了液滴的定向输运。通常来说,增加表面疏水性,如使用低表面能材料制造疏水表面,可以将空气困在液滴下方以减少固液接触面积,即“阻塞”的方法,是表面承受液体压力的常用策略。而过高的液体压力容易破坏气囊,导致表面的高粘性及不稳定性。因此,如何形成稳定的复合界面,从而以一种通用的、可行的方式连续无损地定向收集和输运液滴,仍然是一个挑战。
图1 不能仅通过“阻塞法”使表面承受液体压力,还需要进一步引导液体定向输运达到“减压”效果。受此启发,设计了一种超疏水鳞片表面,可以控制液滴的定向输运,实现液滴在表面的减压。
表面鳞片结构可以直接承受和缓冲液体压力,还可以引导液体进行可控输运,进一步降低表面的液体压力,协同防止液滴与基底结构的亲密接触,形成稳定的SAL复合界面,实现无损失液体输运(图2,图3)。此外,音乐诱导超疏水表面垂直振动结合鳞片各向异性结构可以单向驱动液滴输运,在多步定量化学反应和液体检测中具有潜在的应用价值(图4)。这项工作在设计耐用超疏水材料方面具有很大的潜力,并在液滴控制、无损耗液滴传输、液体检测和航空减阻等方面具有广泛的应用前景。
图2 在挤压和放松的循环过程中,超疏水表面对液滴的可控输运。
图3 液滴在超疏水鳞片表面定向输运及“减压”的机理。当液滴从a位置被挤压到b位置时,液滴直接受到鳞状结构的缓冲并向前输运,进一步降低对表面的垂直压力。
图4声音诱导液滴在超疏水鳞片表面的定向输运。
原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c06749
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(责任编辑:xu)
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