多孔资料(如岩石)及其与流体的相互效果广泛存在于油气资源挖掘、地热能提取、二氧化碳封存、乃至行星勘探中的地外资源运用（水提取）等运用中，可是，大多数岩石内部孔喉形状不规则，外表物理化学特性如外表潮湿性也比较杂乱。因而，探究岩石内部液体的活动进程，尤其是微标准下的流固交互效果，依然具有挑战性。近年来，高精度3D打印技能的迅速发展使得复现这种杂乱的多孔结构变得或许。凭借活动可视化手法，3D打印的微流控模型能够用于直接调查流体活动的动态进程。可是，现在打印资料仅限于光固化聚合物及其衍生物，其理化特性包含其矿藏化学、晶体结构、外表潮湿性等与天然岩石（如碳酸岩）存在明显差异。所有这些特性都对多孔介质中的流体相变和多相活动进程有着重要影响。

近来，哈利法大学的张铁军教授团队依据面投影微立体光刻3D打印技能（PμSL，深圳摩方资料科技有限公司nanoArch S130）, 经过外表矿藏涂层的办法制备出一种岩石微流控模型。这种新颖的制备办法包含三个首要进程，如图1所示：（i）运用纯光敏树脂（HDDA）打印具有三维岩石孔隙结构的微模型；（ii）在微模型的内外表植入碳酸钙纳米颗粒；（iii）以植入的纳米颗粒为核，在微模型内部原位成长碳酸盐晶体。该模型能够成功复现天然岩石的三维孔隙结构和外表矿藏学特性。该效果以“Empowering Microfluidics by Micro-3D Printing and Solution-based Mineral Coating”为题宣布在Soft Matter上，榜首作者是哈利法大学李红霞博士。

图1. 岩石微模型的制备进程

在该作业中，张教授的团队运用高精度3D打印技能制备了不同用处的微模型，包含微流控器材和岩石微模型。微流控器材由三个平行通道组成（请参见图2a）：每个通道的宽度分别为116±2、174±2和305±2 µm。在图2b中，岩石微模型是依据天然碳酸岩的CT扫描相片打印而成。在扫描电镜下，咱们能够看到岩石微模型能够很好的复现实在岩石中狭隘的孔喉结构，而且也可明晰地观测到在微模型外表原位成长的碳酸盐晶体。此外，XRD光谱也证明该微模型外表的矿藏成分是碳酸钙晶体，与天然碳酸岩相同。这种碳酸盐涂层厚度大约在2~10微米，依然使微流控器材坚持了必定的透光性，有利于流体的可视化研讨。

图2. 3D打印的微模型在外表涂层后的描摹 （a，b）扫描电镜下微模型的孔喉结构及外表碳酸盐晶体：（a）在微流控模型内外表以及（b）三维岩石微模型内外表。（c）外表涂层的XRD光谱。

图3. 运用微流控模型的活动可视化研讨：事例（a）水-油/水-气在岩石微模型内部的驱替进程；事例（b，c）水在孔喉内部的蒸腾进程。

依据所制备的微模型，该团队经过对水/气和水/油的驱替进程进行直接成像（如图3a）, 表征了固体外表潮湿性对流体交界面和活动途径的影响等。此外，他们还观测到液体在多孔介质里边的蒸腾相变进程（图3b），包含不同巨细空地内蒸腾的难易程度、喉部液膜的渐薄和决裂进程等。

总归，该作业为制备功能性多孔资料拓荒了一条新途径。据咱们所知，这是榜首次结合高分辨率3D打印和依据溶液的内部涂层办法，制备“实在的”岩石微模型。这种办法也具有很强的通用性：经过更改涂层资料和三维空地结构，此类功能性微模型也能够很好地推行到生物医学、软体机器人、航空航天和其他新式运用。

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sm/d0sm00958j/unauth#!divAbstract

（以上相关介绍内容由阿联酋哈利法大学李红霞博士供给）

上述研讨作业触及的微标准3D打印技能由深圳摩方资料科技有限公司供给，因而摩方公司就这一创新式效果对李红霞博士进行了更进一步的访谈，以下为部分内容：

1、BMF：能归纳共享一下近期在《Soft Matter》发布的岩心微流控事例吗？（开发进程、运用状况、职业影响等）BMF高精密3D打印在其中发挥了什么样的效果？

李博士：在近期宣布的这项作业中，咱们提出了一种制作功能性微流控器材的新颖办法--经过集成微型3D打印和内外表涂层技能。在这项作业中，咱们运用该办法已成功制备出广泛出现在油气研讨中的人工岩心。

运用高精密的3D打印体系，咱们能够很好的复现岩石的孔隙结构，可是打印资料多数是光敏树脂，其物理化学性（包含外表潮湿性、矿藏学特性等等）能跟实在自然界的岩石差许多。所以，在咱们的人工岩心制备进程中，咱们首要经过3D打印技能仿制由微CT扫描得到的碳酸盐岩的多孔几许结构，然后经过在打印的模型内部空地外表成长碳酸盐晶体来模仿岩心实在的外表特性。这种功能性碳酸盐涂层只要几个微米，所以很好的坚持了模型的光学通明度。所以，咱们能够经过活动可视化办法，运用这些通明的模型协助咱们表征油水气等流体与岩石外表的交互效果，包含潮湿性、毛细效果等活动和改变进程的影响等。这种运用外表功能性涂层结合微3D打印的制备办法，有利于打破打印资料的局限性，经过调理3D微结构和涂层配方等能够轻松地推行到其他新式运用如生物医学等。

2、BMF：您怎么点评咱们摩方的3D打印体系？关于您地点的科研范畴所获得的科研/作业效果，发挥了多大的助力？

李博士：摩方的打印体系能够供给高精度打印的一起完成大幅面打印。微流控器材的全体尺度能到两厘米，能够很好的嵌入到活动可视化的试验体系傍边，实用性很强。

高精密3D打印体系能够轻松完成杂乱三维结构，给咱们供给了很大的规划和研讨的自由度。在咱们的研讨傍边，能够加工不同的外表微结构，从而操控流体与固体界面的交互效果。