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自然启示录:猪笼草的神奇秘密,科研界的新突破

更新时间:2024-06-07      点击次数:98



受自然生物学启发制备的具有不同润湿特性的功能性表面在液体收集、液滴操纵、减阻及油水分离和药物输送系统等领域蓬勃发展。值得注意的是,功能性拒水表面成为其中一个热门议题。荷叶上的超疏水现象表明由亲水材料制成的具有特殊微纳结构的表面可以实现疏水甚至超疏水特性。因此,越来越多的研究人员致力于设计和制造特别的微纳结构使得由亲水材料组成的表面呈现出超疏水的特性,进而实现更多特定的功能。

西安交通大学机械工程学院张辉副教授等提出了一种新型 3D 打印仿生超疏水花瓣状微结构表面,其灵感来自猪笼草口缘区域的水钉扎效应。

该团队利用摩方精密高精度3D打印技术(nanoArch® P140,精度:10 μm)实现了花瓣状微结构表面的制备。具有花瓣状微观结构的亲水性树脂具有宏观超疏水性和优异的拒水性。与普通蘑菇形结构相比,优化后的花瓣状结构承载力最大增加率为58.3%。相应的机理分析表明,锋利的边缘效应和弓形曲线效应是造成这种超排斥性能的原因。

然后团队进行了对几何特征(花瓣数量P、结构间隙S及花瓣结构占比K)对花瓣状微结构表面液滴承载能力影响的实验研究。覆盖微结构数、接触角变化和最大崩溃体积参数反映了不同参数表面的液滴承载能力。优化后的微结构阵列(花瓣数量P为4,结构间隙S为100 μm,花瓣结构占比K为0.5)与普通蘑菇形微结构相比,液滴承载力的最大增加率为58.3%。

花瓣状微结构表面具有优异拒水性可用于超大液滴承载、微反应器、无损液滴搬运、倾斜表面液滴快速脱附、油水分离、气泡保持和减阻等领域。