在日常生活中，端一杯水、拿着咖啡走路，很容易出现液体晃动、溢出的尴尬。在化工运输、航空航天和精密实验等场景中，液体晃动甚至可能引发安全隐患。现有的浮体、挡板等减晃装置在复杂动态环境下仍存在明显局限。

  近日，中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心董智超研究员、于存龙工程师团队在液体稳定控制领域取得新进展。研究团队受猪笼草和睡莲启发，通过连续3D打印或连续纸杯修饰制备出“双仿生”容器，实现了液体在复杂动态环境中的高效稳定。

  2025年11月14日，相关成果以Bioinspired wettability boundary stabilizes water sloshing为题发表于《Science Advances》（《科学·进展》）。该论文通讯作者为董智超研究员、于存龙工程师，第一作者为2022级博士研究生马洁。

  研究人员首先对分布于东南亚地区的猪笼草进行系统研究，发现其捕虫笼内壁上部为超疏水蜡质区，下部为亲水消化区，两者交界处形成了一条特殊的“亲水–超疏水界线”。这条界线如同一条“无形的安全带”，能牢牢锁定液面，显著抑制液体晃动和溢出，对保证高山猪笼草消化液的稳定至关重要。风洞实验表明，当液面处在该界线附近时，液体晃动最小、最为稳定（图1）。

图1. 具有异质浸润性边界的猪笼草结构及其抑制液体晃动的机理示意

  在此基础上，研究团队进一步借鉴睡的“缺角”结构，提出并构建了具有“异质浸润性界线+缺角边缘”的双仿生容器。测试结果显示，普通容器在振荡约15次后液体溢出，而双仿生容器在振荡5000次后液体仍能保持稳定不溢出，其防晃性能实现数量级提升（图2）。

图2.异质浸润性界线与缺角结构协同作用显著增强容器稳定液晃能力

  为验证设计在真实场景中的适用性，研究人员将仿生结构应用于一次性纸杯。实验表明，手持仿生纸杯行走时液体不再溢出。在更严苛的测试中，研究人员将四层仿生杯搭成“香槟塔”并固定于 SUV 车前，以约 10 km/h 连续驶过 50 个交替的减速带。结果显示，仿生杯塔内液体无溢出，而普通杯液体损失40%（图3），充分证明了该双仿生设计在抑制晃动和提升容器稳定性方面的显著优势。

图3. 双仿生容器在真实动态环境中的系统测试及与普通容器的对比结果

  研究表明，将猪笼草启发的异质浸润性界线与睡莲叶启发的缺角结构协同设计，可在极端动态条件下仍有效稳定容器内液体。该成果为防晃容器与随行饮品包装提供了全新的仿生思路，并为工业液体运输、航天推进剂管理及医疗与生物试剂的安全输运带来新的可能。

  该工作得到了国家自然科学基金委、国家重点研发计划和青年人才托举工程项目的经费支持。

  论文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.adz7099