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微流控液滴技术在跳虫表皮仿生耐磨疏液表面应用

疏液表面在自清洁、防腐、流动减阻、生物医学工程等领域有着广泛的应用。然而,结构脆弱、使用寿命短、缺少合适的方法进行大面积、低成本制备表面结构等问题限制了疏液表面的实际应用和产业化。近日,香港大学王立秋教授团队报道了一种受跳虫表皮启发的耐磨疏液材料,并使用微流控的方法实现了精确表面微结构的大面积、低成本制备

疏液性在日常生活中大有可为,诸如防水衣物、防污厨具、自清洁外墙等。疏液表面还可用于减阻,船舶航行时,其60%-70%的阻力来自于水,水下器械如核潜艇、鱼雷、潜水器等比例更高达90%。减阻将极大提高海上舰艇的航速并节约燃料。实际应用的疏液表面应具备以下特点:疏液性好、耐用性强、制备面积大、成本低。然而,鱼和熊掌不可兼得,同时满足这四项条件更是难上加难,例如疏液性和耐用性通常彼此对立,疏液表面不耐用,耐用表面难疏液。

为了解决这些难题,香港大学的王立秋教授团队在结构设计和制备方法上同时进行创新。结构设计的灵感来源于跳虫,这是一种生活在土壤中的节肢动物,其生存环境经常遭受洪水和雨水的冲刷。为了对抗潮湿的环境和沙砾的摩擦,跳虫的表皮进化出独特的疏液性能和良好的耐磨性。电子显微镜图像表明跳虫的表皮覆盖了一层微纳米级别互相连接的蜂窝状空腔结构。空腔的截面呈现倒角结构,因此具备疏液的特性。结构的互连则赋予表皮良好的机械耐磨性。因此模仿跳虫表皮,他们提出互连的凹角结构:互相连接提高机械强度,凹角特点加强疏液性能

微流控液滴技术在跳虫表皮仿生耐磨疏液表面应用

为制备该互连凹角结构,研究团队使用微流控液滴模板法制备疏液表面微流控液滴技术可精确地控制微纳米级别液滴的产生,包括其大小、结构和成分。他们以液滴为模板,积少成多,可以大面积制备结构均一、成本低廉的疏液表面。由于微流控液滴尺寸均一可控,多孔薄膜的微结构也高度均一可控。



标签:   微流控液滴技术 疏液表面