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通过3D打印实现刚柔复合超疏水界面的制备

发布时间:2022-08-31      点击次数:132

近日,上海交大机械与动力工程学院胡松涛副教授课题组提出了刚柔微结构复合的超疏水界面设计思想,解决了冲击定位要求苛刻的难题,相关研究成果在机械装备抗液防冰等领域具有重要的应用前景。瑞士苏黎世联邦理工学院Andrew J. deMello教授课题组和英国帝国理工学院Daniele Dini教授课题组为合作单位。该成果以“Flexibility-Patterned Liquid-Repelling Surfaces"为题作为封面论文发表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。


刚柔复合界面设计与制备(杆径10μm的柔性网格结构及刚性支柱)


面向低温冲击液滴的超疏水界面需要递进满足两个条件:1)基于微纳几何结构和低能化学修饰的抗刺穿性以反弹冲击液滴;2)极短的固液接触时间以避免液滴在界面成核结冰。现有的相关界面设计工作遵循刚性和柔性两类策略,可有效缩短固液接触时间,但受限于苛刻的固液冲击定位要求。研究团队借鉴蹦床公园,提出了刚柔微结构相结合的超疏水界面设计,通过融合刚性和柔性设计策略,期望消除界面润湿性能对固液冲击定位的依赖。研究团队采用面投影微立体光刻3D打印技术(nanoArch S140,摩方精密)高效、精准地实现了上述刚柔复合界面设计的样机制备。


液滴冲击行为


    研究团队利用高速相机记录液滴在冲击不同界面以及界面内不同局部区域的动力学行为,证明可以利用刚柔复合界面设计来调整液滴冲击行为。


固液接触时间


液滴冲击实验进一步表明,当液滴冲击柔性界面区域时,将触发结构振动来缩短固液接触时间;而当液滴冲击刚性界面区域时,将触发液滴的非对称再分布来缩短固液接触时间。