流体可控输运遍及存在于种种天然体系和现实工程中，在微流控、冷凝换热、抗结冰和界面减阻等范畴具有宽阔的应用远景。自从表/界面科学润湿性底子理论创建以来，国表里学者广泛以为，液体偏向于自觉向体系能量低落的偏向活动，其活动偏向重要取决于外貌布局特性和化学构成，与液体的性子无关。然而，液体可否决定其运气，在不转变外貌布局和无能量输入的条件下实现活动偏向的自主选择是恒久以来困扰学者们的科学困难。

克日，香港都会大学王钻开传授及其互助者鉴戒南洋杉叶片多重悬臂布局特性，制备了仿南洋杉3D毛细锯齿布局外貌，通过创建3D固/液界面交互作用，实现流体活动偏向的自主选择。该研究以“3D capillary ratchet-induced liquid directional steering”为题颁发在国际顶级期刊Science上。大连理工大学冯诗乐副传授和香港都会大学朱安全助理传授为该论文配合第一作者，香港都会大学王钻开传授为该论文通讯作者。

图1 南洋杉叶片及其仿生外貌多悬臂布局特性。A 南洋杉叶片外貌双重曲率布局特性，包罗横向和纵向曲率。B仿南洋杉3D毛细锯齿布局外貌双重悬臂布局特性，单个锯齿厚度80 μm。

要点：研究者鉴戒南洋杉叶片布局特性，利用PμSL 3D打印技能（nanoArch® S140，摩方周密），设计并制备了由平行分列的具有横向和纵向曲率的双重悬臂布局的锯齿阵列构成的仿南洋杉3D毛细锯齿布局外貌、具有对称垂直平面叶片布局的外貌、具有倾斜平面叶片布局的外貌和具有平行沟槽布局的外貌。3D打印技能所利用树脂为丙烯酸光敏树脂，固化紫外光波长为405 nm，能量密度、曝光时间、曝光辨别率、打印层厚分别30 mW/cm²，1 s，10 μm，10 μm。叶片间距p为750 μm，列间距w为1000 μm，叶片倾斜角度为15 – 90°，纵向和横向的曲率半径R₁和R₂分别为~400 μm和~650 μm。

图2南洋杉叶片及仿南洋杉3D毛细锯齿布局外貌流体输运性能。A酒精（赤色）和水（蓝色）在南洋杉叶片上的活动举动。此中，酒精沿着锯齿布局倾斜的偏向活动，而水沿着相反的偏向活动。B低外貌能液体和高外貌能液体在仿南洋杉3D毛细锯齿布局外貌活动举动。

要点：研究者发觉，乙醇沿着南洋杉叶片外貌锯齿布局倾斜的偏向活动，而水沿着反偏向活动，这种通过调控液体性子来操纵其输运偏向的征象尚未报道。受此开导，研究者研究了差别外貌张力流体在仿南洋杉3D毛细锯齿布局外貌的输运性能。研究评释，该仿生功效外貌展示出和南洋杉叶片相似的流体择向性能：低外貌能流体沿着锯齿布局倾斜的偏向活动，而高外貌能流体沿着与锯齿布局倾斜相反的偏向的活动。纵然在长程输运和圆形外貌上，流体依旧连结精良的单向输运性能。

图3 仿南洋杉3D毛细锯齿布局外貌流体自主择向机理。A/B低外貌能液体和高外貌能液体在仿南洋杉3D毛细锯齿布局外貌的铺展举动。C横向曲率布局悬臂效应力学阐发模子。D流体冲破布局扎钉效应的临界状态。E纵向曲率布局悬臂效应力学阐发模子。F流体自主择向征象和外貌布局及流体外貌张力的干系。

要点：研究者观看发觉，液体在仿南洋杉3D毛细锯齿布局外貌铺展历程中，低外貌能液体固/液界面展示自下而上的铺展模式，而高外貌能液体展示自上而下的铺展模式。现实上，流体沿着特定偏向的自觉铺展必要餍足两个临界条件：第一，流体能打仗到相邻的锯齿布局；第二，流体前端受到的驱动力充足降服布局的扎钉效应。3D毛细锯齿布局的亚毫米标准双重悬臂布局特性，可以或许调控差别外貌张力流体两个临界条件的阈值，创建3D空间上非对称固/液界面相互作用，进而选择流体的铺展模式和铺展偏向，实现液体活动偏向的有用操纵。这是仿南洋杉3D毛细锯齿布局外貌流体自主择向的素质。

该论文互助者包罗香港都会大学机器工程系郑焕玺、李加乾，大连理工大学机器工程学院詹海洋、陈琛、刘亚华传授，香港都会大门生物医学科学系姚希副传授和香港大学机器工程系王立秋传授。

论文链接:

http://www.science.org/doi/10.1126/science.abg7552

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