北理工陳少華教授、劉明博士后《CHEM ENG J》：液滴無損轉(zhuǎn)移仿生功能表面的設計與制備

來源：PuSL摩方高精密3D打印

液滴的高效抓取和無損釋放在醫(yī)學中的藥物融合或靶向轉(zhuǎn)移、冷凝器表面或芯片實驗室熱耗散等領域有著重要的應用。目前，液滴轉(zhuǎn)移往往由兩個具有不同粘附性的表面去實現(xiàn)，即將液滴從低粘附浸潤表面轉(zhuǎn)移至高粘附浸潤表面，且液滴的無損、自由釋放較難實現(xiàn)。

最近，北京理工大學先進結構技術研究院陳少華、劉明課題組設計并制備了一種新型的多級微結構仿生功能表面，可利用同一表面實現(xiàn)液滴的高效抓取和無損釋放。該表面由磁顆粒填充的微尺度平板陣列結構組成，微平板尺寸為5mm×0.12mm×1mm，每個微平板左右兩側(cè)分別分布有尺寸為60μm×60μm×50μm的矩形凹槽陣列結構和尺寸為0.1mm×0.05 mm×1mm的矩形條帶陣列結構，如圖1所示。該研究首先使用精度為10μm的3D打印機（nanoArch S140，摩方精密）制備實驗模板，再結合倒模法制備出具有磁響應特性的多級微結構陣列表面。

圖1 微平板陣列功能表面的 (a)結構示意圖及其(b)實驗制備簡圖

磁場作用下，操控微平板產(chǎn)生定量的彎曲大變形，使含矩形凹槽陣列的表面完全暴露，其粘附力高達252μN，接觸角為151o，呈現(xiàn)類似玫瑰花瓣的高粘附浸潤特性，可有效抓取體積較大的液滴；旋轉(zhuǎn)磁場使其形變恢復，表面粘附力降低至57μN，呈現(xiàn)類似荷葉的低粘附浸潤特性。進一步對微平板陣列結構的幾何特征參數(shù)進行優(yōu)化設計，結合表面在類玫瑰花瓣高粘附狀態(tài)和類荷葉低粘附狀態(tài)之間自由切換的特性，可將此多級仿生表面有效地作為液滴無損轉(zhuǎn)移的“機械手”，液滴無損釋放及其轉(zhuǎn)移過程見圖2-3所示。

圖2液滴的無損、自由釋放行為

圖3 液滴無損轉(zhuǎn)移過程

該成果以“Amechanical hand-like functional surface capable of effciently grasping andnon-destructively releasing droplets”為題發(fā)表在國際頂級期刊Chemical Engineering Journal (IF = 13.273，中科院工程技術類分區(qū)一區(qū))上。北京理工大學先進結構技術研究院和機械與車輛學院博士后劉明為文章第一作者，陳少華教授為通訊作者，彭志龍教授、姚寅副教授和博士研究生李程浩參與了該工作，此工作得到了國家自然科學基金（No.12032004, 11872114, 12102041）和中國博士后科學基金（No. 2021M690401）的支持與資助。

原文鏈接：
https://authors.elsevier.com/c/1dtwc4x7R2YpjE

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