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微纳功能表面及制造研究取得突破

2017-12-21

    表面润湿特性是表面界面科学中的的重要研究内容之一。研究和制备不同性质的浸润性表面,可加深对表面/界面物理的理解,增强各种材料表面的功能性能以及扩展材料的应用范围。中国科学院上海微系统与信息技术研究所无线传感网事业部副研究员周晓峰与香港城市大学副教授王钻开,一直以来在微纳仿生功能表面研究及制造领域保持着紧密的合作关系。日前,上海微系统所无线事业部与香港城市大学、中国石油大学(华东)、英国诺森比亚大学和美国利哈伊大学合作,在微纳米仿生表面液体驱动领域取得突破性进展。该研究成果10月27日发表在Science Advances (Vol. 3, no. 10, eaao3530)上。

    该研究提出并设计加工了一种无动力液体定向调控的功能表面结构,创造性地通过“疏与堵”有效结合的方式来管理液体的输运方向,引入了拓扑流体二极管的概念,形成类似二极管单向导通效应:使用“Corner effect”疏导液体沿设计方向流动,同时结合“Reentrant effect”控制住液体的反方向运动,两者之间完美结合而互不干扰,实现了长距离的液体自驱动传输。该研究揭示了这种微纳功能表面结构的无动力液体定向调控的内在机理,实现了液体无动力、长距离、定向的输运功能。

    这种流体二极管突破了以往浸润梯度驱动的传输长度限制和不对称结构驱动的铺展速度限制,极大地提高了液体定向传输的效率,并具有广泛的普遍性和稳定性,可以传输性质各异的液体(低表面能液体和高粘性液体),可以沿着不同路径传输液体,可以克服重力传输液体,甚至可以克服温度梯度传输。该流体二极管如此优越的性能使得其在水收集、液体传输、微流体、生物医药、电子冷却等领域有着巨大的应用前景。该研究为微纳功能表面/界面的设计与制造开辟了新的理论方向和技术基础。

拓扑流体二极管的设计和表征:单个液滴在流体二极管上的单向传输、流体二极管与已报道液体自驱动表面的性能对比

    周晓峰与香港城市大学博士研究生李加乾为论文共同第一作者,王钻开和美国利哈伊大学教授Manoj K. Chaudhury为论文的通讯作者。(来源:中国科学院上海微系统与信息技术研究所)



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