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南洋理工大学周琨教授课题组《Small》:4D打印仿蝴蝶鳞片结构实现超广角液体传输
2023-05-11  来源:高分子科技

  液体定向传输这一现象被广泛地应用于水雾收集、电化学传感、海水淡化等领域。然而目前的研究都集中于液体的线性传输(传输角度α = 0°),其侧向流动和传输效率都受到抑制。为了实现三维空间内液体传输路径和传输速度的控制,广角液体传输一种有效的解决手段。


  受蝴蝶翅膀上液体的广角传输现象的启发,新加坡南洋理工大学周琨教授课题组利用4D打印技术制备了仿蝴蝶鳞片的半悬浮微结构,并在此基础上实现了液体的线性(α = 0°)、广角(0° < α < 180°)、甚至超广角(α = 180°)传输(图1。其中4D打印的非对称半悬浮微结构有利于液体的定向流动,而该结构的排列方式可以调控液体在前进方向(微结构弯曲方向)和侧方向的拉普拉斯压力,从而控制液体的传输角度。值得说明的是,超广角液体传输能同时实现液体高效传输和前进方向/侧方向的传输路径编辑,此时液体在定向流动的时候优先填充侧向的结构。此外,该结构也可以实现三维空间内超广角液体传输,因此可以应用于先进的生物化学微反应(图2)、大面积的液体蒸发(图3以及自驱动油水分离(图4。该工作以“4D Printing of Butterfly Scale–Inspired Structures for Wide-Angle Directional Liquid Transport”为题发表在《Small》上。文章第一作者是南洋理工大学博士后刘小将(现为东南大学生物科学与医学工程学院研究员)。南洋理工大学博士生李博远为该论文的共同第一作者。该工作得到了东南大学顾忠泽教授的指导。 


利用4D打印技术制备了仿蝴蝶鳞片的半悬浮微结构,并在此基础上实现液体线性(α = 0°)、广角(0° < α < 180°)、甚至超广角(α = 180°)的传输。标尺:2 cm (a);500 μm (b);50 μm (b中嵌图);50 μm (c);200 μm (e);2 mm (f,g,h)。 


仿生半悬浮微结构应用于微流体系统。标尺:mm 


仿生半悬浮微结构应用于液体大面积定向蒸发。标尺:mm


仿生半悬浮微结构应用于自驱动油水分离。标尺:1 cm (a,b)2 mm (a嵌图)2 cm (d)


  新加坡南洋理工大学周琨教授课题组依托于惠普-南洋理工大学数字制造联合实验室和新加坡3D打印中心,长期从事多种增材制造技术(3D打印)研究,例如粉末熔融(MJFSLMSLS)、光固化(DLPSLA)、挤出成型(FDM)等。目前聚焦于功能聚合物复合材料及高性能新金属材料研发、先进结构设计和多尺度模拟仿真、增材制造零件宏微观力学性能表征及其应用等。


  原文链接:https://doi.org/10.1002/smll.202207640

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(责任编辑:xu)
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