通过灵活的微结构增强拒液性

可以排斥液体的人造表面在科学和工业平台上引起了极大的关注，以创造功能性拓扑特征。但与液滴接触的底层结构的作用尚不清楚。微纳米制造的最新发展可以让研究人员构建一个皮肤肌肉样系统，该系统将界面处的液体排斥性与机械功能结构相结合。在现在发表在《科学进展》上的一份新报告中，胡松涛和来自、瑞士和英国的跨学科科学家团队使用三维 (3-D)直接激光光刻设计了具有蘑菇状驱虫头的仿生表面. 灵活的、弹簧状的通过抵抗复杂形式的液滴分解和减少液滴表面接触时间来支持提高的液体排斥性。弹簧状柔性支撑的使用是一种前所未有的材料研究方法，可增强拒液性，实现出色的表面控制和液滴操纵。这项工作扩展了对排斥微结构的研究，通过将功能表面与机械超材料联系起来，产生功能可能性。

人造液体排斥表面上液滴和固体界面之间的相互作用对于自清洁、防冰和抗反射技术以及集水和液滴操纵原理很重要。研究人员有兴趣模仿天然表面的形态和化学特征，以在实验室中实现仿生性能。一个经典的例子是莲花效应，它通过结合分层形态和蜡基化学修饰来表现出防水性能。为了改善实验室中的莲花效应，研究人员模仿了受弹簧尾启发的拓扑结构在柱状支撑顶部具有蘑菇状的灵活头部，以操纵液滴与表面的接触。在这项工作中，胡等人。使用灵活的微结构设计增强拒液性，弥合功能表面和机械材料两个研究概念之间的差距，以构建“类皮肤肌肉”系统。

设计和制造

构造的顶面充当皮肤来接收和响应，而底层支撑则扮演肌肉的角色来调整机械性能。这项工作将通过将功能表面与机械超材料联系起来，为更多功能和可能性开启机会之窗。该团队使用双光子聚合，在微纳米尺度上定制了 3D 结构，以实现蘑菇弹簧设计。他们首先在SolidWorks 中对柔性表面进行建模，然后将设计转换为立体光刻格式，以便在氧化铟锡(ITO) 涂层熔融石英上使用光刻胶进行制造。该团队然后用化学气相沉积涂覆表面使柔性弹簧表现得像刚性柱子。胡等人。还支撑了一个受蹦床启发的表面，其中垂直弹簧支撑蘑菇状头部，水平弹簧连接相邻的蘑菇状头部以操纵液固界面。

防止液滴分解并观察扩散性能

蘑菇柱/蘑菇弹簧表面对静态水滴表现出优异的抗渗透能力，并且由于其表面涂层，材料保持结构疏水性(防水性)。该团队进行了测试以了解不同速度冲击下水滴的扩散和反弹行为，并将它们的形式命名为沉积 (DEP)、反弹 (REB) 和钉扎 (PIN) 行为，并增加了We值(无量纲比率)惯性力和毛细力之间)。例如，当撞击能量增加时，REB 行为继承了 DEP 的位置，对撞击事件表现出有效的动力学阻力。然后，该团队计算了作为We函数的最大扩展因子. 科学家们将不同表面结构之间最大扩展因子的差异归功于软材料的粘弹性断裂。为了进一步了解撞击液滴在微观结构上的扩散行为，Hu 等人。建立了一个理论铺展模型，以估计在柔性或刚性表面上铺展到最大直径所做的功(W)。

然后，科学家们计算了恢复系数，即设置中碰撞后两个物体之间的相对速度比，以量化液滴在脱离表面后的剩余动能。这种表面上的沉积/回弹 (DEP-REB) 转变没有揭示柔性修改对恢复系数的影响。他们讨论了柔性支撑修改对液滴接触时间的影响，这取决于撞击的位置。通过使用有效的制造策略将柔性微结构固定在刚性基板上

通过这种方式，胡松涛及其同事弥合了功能表面和机械材料两个研究领域之间的差距，在材料表面工程中实现了类皮肤肌肉的概念。他们在类似弹簧的柔性支撑件上设计了仿生蘑菇状防水头，以在动力学上排斥液体侵入——适用于各种应用。该团队提出了一种先进的类似蹦床的结构来解决液滴接触时的结构不稳定性。他们使用 3-D 直接激光光刻进行微纳米制造，以精确复制具有可调液体排斥性的柔性表面。虽然提议的Nanoscribe 技术由于高精度 3-D 直接激光光刻技术提供了快速原型制作技术，该技术必须在实践中针对大规模制造进行优化。不断发展的 3D 打印技术将为高通量厘米级制造效率提供更多选择。

标签： 微结构增强拒液性