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近日，西南科技大学微纳仿生系统与智能化研究团队李国强教授与天津大学化工学院的曹墨源教授合作，在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（JCR一区，影响因子：18.808）上发表以“Directional and Adaptive Oil Self-transport on a Multi-bioinspired Grooved Conical Spine”为题的文章。我校机械工程2019级硕士生李耀霞和中国科学技术大学仪器科学与技术2021级博士生崔泽航为论文共同一作，通讯作者为李国强教授和曹墨源教授。
在水环境下操控油滴对于油水分离、化学微反应器及能源环境等领域的发展具有重要研究意义，仿生结构表面为控制流体自发定向运输提供了一种能耗更低、更简单的先进设备系统。近年来，定向界面的液体操控因其操作方便、能耗低等优点被广泛报道。目前实现流体智能运输的方法主要依赖于润湿性梯度和结构的不对称性。与水溶液相比，由于油的低接触角滞后和接触线滑移，其运动路径更加难以控制。因此，润湿性梯度不适用于控制油性液体，低表面张力的液滴会完全扩散到结构表面。虽然具有亲油表面的圆锥形结构可以实现油液的自运输，但在复杂环境下开发一种实用性、大容量的自发连续低表面张力微液滴输送系统仍然存在挑战。
受具有低表面张力微滴导向功能的鱼刺和具有各向异性凹槽结构定向驱动液滴滑动的水稻叶启发，利用PμSL精密3D打印制备了一种多仿生槽锥刺结构（BGCS）用于复杂环境下油滴的逆重力超快运输。在不对称拉普拉斯压力和表面毛细力的共同作用下，所制备的2-BGCS结构在水下、空气甚至跨气-液两相界面均具备实现超快、连续输送油滴的功能。仿生槽锥形结构上的油滴运输速度最高可达70.2 mm/s，与传统圆锥形结构相比，在倾斜角为20°时，2-BGCS结构的输送速度提高了9倍。在逆重力液滴运输实验中，2-BGCS结构能够提升22 μL大小的重油滴，具有提升大体积液滴的潜力，相比传统圆锥结构容量提高5倍，极大的改善了圆锥结构的功能与性能，该研究为复杂环境下的油滴从输送到收集提供了一种集成、通用的新策略，在水下微油滴收集系统、生物分析及微流控等领域具有广阔的应用前景。
微纳仿生系统与智能化研究团队一直致力于将“源于自然，高于自然”的前沿仿生设计理念与先进微纳精密制造技术相结合，围绕能源、环境和健康领域对高性能微滴操控器件攻坚克难，构筑策略。近年来，该团队报道了一系列关于微纳制造及应用方面的澳门新莆京app官网下载，包括水平振动模式高性能微滴定向驱动（Adv. Mater., 2020，2005039），飞秒激光诱导自生长蘑菇头凹角结构微柱（Nano Lett., 2021, 21, 9301−9309），3D打印和飞秒激光直写构筑仿鱼骨微液滴多相分流器、仿荻草叶保水功能“即插即用”式高效集水灌溉装置（J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 9719; J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 5630），精密3D打印构建仿生麦芒分级系统用于高效雾水收集、受蚊眼启发的激光织构化仿生多功用玻璃（Chem. Eng. J, 2020.125139; Chem. Eng. J, 2021.129113），一种用于微样分析的仿生微滴操控器（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 14741−14751）等。
该研究受到国防科工局十四五基础科研计划项目、装备预研领域基金项目、国家自然科学基金项目、四川省科技创新基金等项目的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202201035.