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版块:机械制造   类型:普通   作者:化工产业技术分享   查看:63   回复:0   获赞:0   时间:2022-05-18 18:53:33

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流体可控输运广泛存在于各种自然体系和实践工程中,在微流控、冷凝换热、抗结冰和界面减阻等范畴具有宽广的运用远景。自从/界面科学潮湿性基础理论树立以来,国内外学者普遍认为,液体倾向于自发向体系能量下降的方向运动,其运动方向首要取决于外表结构特征和化学组成,与液体的性质无关。但是,液体能否决议其命运,在不改动外表结构和无能量输入的前提下完成运动方向的自主挑选是长期以来困扰学者们的科学难题。
近来,香港城市大学王钻开教授及其合作者学习南洋杉叶片多重悬臂结构特征,制备了仿南洋杉3D毛细锯齿结构外表经过树立3D固/液界面交互作用,完成流体运动方向的自主挑选。该研讨以“3D capillary ratchet-induced liquid directional steering”为题宣布在期刊Science上。大连理工大学冯诗乐副教授和香港城市大学朱安全助理教授为论文一起榜首作者,香港城市大学王钻开教授为论文通讯作者

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1 南洋杉叶片及其仿生外表多悬臂结构特征。A 南洋杉叶片外表两层曲率结构特征,包含横向和纵向曲率B仿南洋杉3D毛细锯齿结构外表两层悬臂结构特征,单个锯齿厚度80 μm。


关键:研讨者学习南洋杉叶片结构特征,运用PμSL 3D打印技能(nanoArch® S140,摩方精细),规划并制备了由平行摆放的具有横向和纵向曲率的两层悬臂结构的锯齿阵列组成的仿南洋杉3D毛细锯齿结构外表、具有对称笔直平面叶片结构的外表、具有歪斜平面叶片结构的外表和具有平行沟槽结构的外表。3D打印技能所运用树脂为丙烯酸光敏树脂,固化紫外光波长为405 nm,能量密度、曝光时刻、曝光分辨率、打印层厚别离30 mW/cm²1 s,10 μm,10 μm。叶片距离p750 μm,列距离w1000 μm,叶片歪斜视点为15 – 90°,纵向和横向的曲率半径R1R2别离为~400 μm和~650 μm。

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图2南洋杉叶片及仿南洋杉3D毛细锯齿结构外表流体输运功用。A酒精(赤色)和水(蓝色)在南洋杉叶片上的运动行为。其间,酒精沿着锯齿结构歪斜的方向运动,而水沿着相反的方向运动。B低外表能液体和高外表能液体在仿南洋杉3D毛细锯齿结构外表运动行为。

关键:研讨者发现,乙醇沿着南洋杉叶片外表锯齿结构歪斜的方向运动,而水沿着反方向运动,这种经过调控液体性质来操控其输运方向的现象没有报导。受此启示,研讨者研讨了不同外表张力流体在仿南洋杉3D毛细锯齿结构外表的输运功用。研讨标明,该仿生功用外表展示出和南洋杉叶片类似的流体择向功用:低外表能流体沿着锯齿结构歪斜的方向运动,而高外表能流体沿着与锯齿结构歪斜相反的方向的运动。即便在长程输运和圆形外表上,流体仍然坚持杰出的单向输运功用。

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3 仿南洋杉3D毛细锯齿结构外表流体自主择向机理。A/B低外表能液体和高外表能液体在仿南洋杉3D毛细锯齿结构外表的铺展行为。C横向曲率结构悬臂效应力学剖析模型。D流体打破结构扎钉效应的临界状态。E纵向曲率结构悬臂效应力学剖析模型。F流体自主择向现象和外表结构及流体外表张力的联络。


关键:研讨者调查发现,液体在仿南洋杉3D毛细锯齿结构外表铺展过程中,低外表能液体固/液界面展示自下而上的铺展形式,而高外表能液体展示自上而下的铺展形式。实践上,流体沿着特定方向的自发铺展需求满意两个临界条件:榜首个,流体能接触到相邻的锯齿结构;第二,流体前端遭到的驱动力满足战胜结构的扎钉效应。3D毛细锯齿结构的亚毫米标准两层悬臂结构特征,可以调控不同外表张力流体两个临界条件的阈值,树立3D空间上非对称固/液界面相互作用,从而挑选流体的铺展形式和铺展方向,完成液体运动方向的有用操控。这是仿南洋杉3D毛细锯齿结构外表流体自主择向的实质。

该论文合作者包含香港城市大学机械工程系郑焕玺、李加乾,大连理工大学机械工程学院詹海洋、陈琛、刘亚华教授,香港城市大学生物医学科学系姚希副教授和香港大学机械工程系王立秋教授。


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