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我所在纳米领域顶级期刊Advanced Materials上发表论文

时间:2018-06-22 04:35:09    来源:

 

研究人员利用能量梯度分布或不对称结构,设计制造出了能够驱动液体单方向运动的结构或表面。许多自然生物进化出这种结构特征来实现集水、集雾等,例如沙漠甲虫利用外壳上的亲疏水交替分布实现大气中雾水的收集;蜘蛛丝具有典型纺锤结的结构特征,液滴会在锥形结产生的梯度拉普拉斯压力作用下向纺锤结中心汇集;仙人掌同样依靠锥形棘刺产生的梯度拉普拉斯压力来收集雾水。但由于其结构或表面形式较为单一,导致液体方向性驱动存在铺展距离短、铺展速度慢等问题;且对于特定表面,难以实现对液体驱动能力的动态调控。

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1 猪笼草口缘液体连续单方向铺展现象及机制

本课题组在表征猪笼草优异湿滑特征时,首次发现了猪笼草口缘区液体单方向连续搬运的新奇现象,取得了重大原始创新(图1)。液体单方向搬运动力主要来自于口缘区表面的多级楔形盲孔阵列结构所产生的泰勒毛细升力,为液体单方向连续搬运的表面材料设计提供了崭新设计思路。研究成果以“Continuous directional water transport on the peristome surface of Nepenthes alata”为题于201647日在Nature发表。论文链接:

https://www.nature.com/articles/nature17189

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2 仿生液体单方向铺展表面设计制备工艺研究

根据猪笼草口缘表面结构和功能表征,提取了液体单向搬运特征结构,给出了简化结构设计,并分别采用生物复制成形、3D打印成型和光刻成型工艺,完成了仿生液体单方向铺展表面的制备(图2),研究成果分别发表于SmallAngew chem int ed。论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201601676

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201607514

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3 仿生液体单方向铺展性能调控

此外,还进一步研究了液体浸润性以及表面微结构特征对液体单方向铺展的影响规律。提出了利用温控调节本征接触角,以及改变表面特征结构来控制液体单方向搬运能力的方法,并给出了相应的理论分析。相关研究成果发表于ACS Applied Materials & InterfacesJournal of Materials Chemistry A。论文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.6b15802

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2017/TA/C7TA01609C#!divAbstract

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4 仿生液体单方向铺展表面应用方向

该项研究将液体定向搬运的仿生界面材料从一维拓展到了二维,特征结构设计及搬运可控方法为该领域后续发展提供了研究基础;超湿滑表面固持结构的简便高效制备工艺大幅度拓展了其应用范围,优异的防粘性能也证明了其在医疗、机械、能源等领域的应用前景(图4)。该研究在Advanced Materials发表综述文章,论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201702995

 

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