技術(shù)文章
Technical articles液滴的高效抓取和無損釋放在醫(yī)學(xué)中的藥物融合或靶向轉(zhuǎn)移、冷凝器表面或芯片實(shí)驗(yàn)室熱耗散等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。目前,液滴轉(zhuǎn)移往往由兩個(gè)具有不同粘附性的表面去實(shí)現(xiàn),即將液滴從低粘附浸潤表面轉(zhuǎn)移至高粘附浸潤表面,且液滴的無損、自由釋放較難實(shí)現(xiàn)。
最近,北京理工大學(xué)*結(jié)構(gòu)技術(shù)研究院陳少華、劉明課題組設(shè)計(jì)并制備了一種新型的多級(jí)微結(jié)構(gòu)仿生功能表面,可利用同一表面實(shí)現(xiàn)液滴的高效抓取和無損釋放。該表面由磁顆粒填充的微尺度平板陣列結(jié)構(gòu)組成,微平板尺寸為5mm×0.12mm×1mm,每個(gè)微平板左右兩側(cè)分別分布有尺寸為60μm×60μm×50μm的矩形凹槽陣列結(jié)構(gòu)和尺寸為0.1mm×0.05 mm×1mm的矩形條帶陣列結(jié)構(gòu),如圖1所示。該研究首先使用精度為10μm的3D打印機(jī)(nanoArch S140,摩方精密)制備實(shí)驗(yàn)?zāi)0澹俳Y(jié)合倒模法制備出具有磁響應(yīng)特性的多級(jí)微結(jié)構(gòu)陣列表面。
磁場(chǎng)作用下,操控微平板產(chǎn)生定量的彎曲大變形,使含矩形凹槽陣列的表面*暴露,其粘附力高達(dá)252μN,接觸角為151º,呈現(xiàn)類似玫瑰花瓣的高粘附浸潤特性,可有效抓取體積較大的液滴;旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使其形變恢復(fù),表面粘附力降低至57μN,呈現(xiàn)類似荷葉的低粘附浸潤特性。進(jìn)一步對(duì)微平板陣列結(jié)構(gòu)的幾何特征參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),結(jié)合表面在類玫瑰花瓣高粘附狀態(tài)和類荷葉低粘附狀態(tài)之間自由切換的特性,可將此多級(jí)仿生表面有效地作為液滴無損轉(zhuǎn)移的“機(jī)械手”,液滴無損釋放及其轉(zhuǎn)移過程見圖2-3所示。
該成果以“Amechanical hand-like functional surface capable of effciently grasping andnon-destructively releasing droplets”為題發(fā)表在國際期刊ChemicalEngineering Journal (IF = 13.273,中科院工程技術(shù)類分區(qū)一區(qū))上。北京理工大學(xué)*結(jié)構(gòu)技術(shù)研究院和機(jī)械與車輛學(xué)院博士后劉明為文章第一作者,陳少華教授為通訊作者,彭志龍教授、姚寅副教授和博士研究生李程浩參與了該工作,此工作得到了國家自然科學(xué)基金(No.12032004, 11872114, 12102041)和中國博士后科學(xué)基金(No. 2021M690401)的支持與資助。