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《Advanced Functional Materials》:3D打印仿生结构,实现液滴的可控自清洁弹跳能力

《Advanced Functional Materials》:3D打印仿生结构,实现液滴的可控自清洁弹跳能力

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-09-27 09:54
  • 访问量:

【概要描述】

《Advanced Functional Materials》:3D打印仿生结构,实现液滴的可控自清洁弹跳能力

【概要描述】

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-09-27 09:54
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2023年9月15日,湖南大学的研究人员在《Advanced Functional Materials》上发表题为Programmable Droplet Bouncing on Bionic Functional Surfaces for Continuous Electricity Generation的研究论文,报道了了一个由蘑菇状微结构组成的3D打印仿生疏水功能表面,可实现模式弹跳、反重力跳跃和定向水运输。

原文链接:

https://doi.org/10.1002/adfm.202304520

  研究简介  

液滴在各种表面上弹跳的自然现象在水运输、自净、防冻等方面具有巨大的应用潜力。然而,实现精确控制的液滴在三维功能表面上的弹跳,以及精确控制弹跳速度和轨迹等因素,仍然是一个艰巨的挑战。基于此,本研究介绍了一个由蘑菇状微结构组成的仿生疏水功能表面的概念。这些微结构使用基于投影微立体光刻(PμSL)的3D打印技术制备,随后涂上疏水材料。

通过对微结构的几何属性和倾角进行精细调整,可以对水滴的弹跳速度和轨迹进行精细控制。微蘑菇结构倾斜50°时,液滴的最大跳跃距离为2.5 mm,最大跳跃高度为7.1 mm。值得注意的是,这些特别设计的微蘑菇结构在液滴弹跳中兼顾了多种行为,包括模式弹跳、反重力跳跃和定向水运输。此外,该功能表面的自清洁能力也在自清洁机制、液滴捕获、水输送和清洁能源发电等领域提供了潜在的应用。

图1 带有微蘑菇结构的仿生功能表面。

图2 仿生表面水滴弹跳的实验测量与理论预测。

图3 液滴在不同几何参数的微蘑菇结构上的弹跳性能。

图4 液滴在不同仿生功能表面的定向弹跳性能。

图5 有图案的液滴在仿生功能表面上弹跳。

图6 基于仿生功能表面产生的电能。

  研究结论  

本研究提出了一种简单有效的液滴定向弹跳输水方法,其灵感来自于菜花和昆虫翅膀。采用基于PμSL的3D打印技术精确制备了具有特殊排列的微蘑菇的疏水结构表面。经过超疏水层涂层后,顶部有微蘑菇结构的仿生功能表面达到了165°的超疏水性。此外,团队还测试了水滴在仿生表面上的弹跳性能,揭示了其潜在的机理。
通过精确地调整微蘑菇结构的几何参数和倾角,可以精确地控制水滴的弹跳速度和方向。研究表明,微滴在微蘑菇结构的头部直径为100 μm、倾角为60°时获得了最佳的弹跳性能。此外,液滴沿倾斜(8.5°)的功能表面反弹,以抵抗重力,表现出优异的自清洁性能。其中,微蘑菇结构样品以六边形和发散的形式设计和制造,以验证水滴在这些独特的仿生表面上的模式运动。仿生结构的可控自清洁弹跳能力可以随降雨发电,在自清洁、液滴捕获、定向和反重力水运、降雨计数和绿色能源生产等方面具有潜在的应用前景。

——END——

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