【摘要】：正液體單方向搬運表面因無需外部動力即可實現(xiàn)液體連續(xù)鋪展搬運,在機械、能源、醫(yī)療、農業(yè)等領域具有重要應用前景,受到了國內外高度關注[1—3]。具有親疏水梯度和錐形結構特征的一維絲狀材料能實現(xiàn)液體的短距離搬運,而表面能梯度和梯度拉普拉斯壓力是一維絲狀材料液體短距離搬運的動力源[4—6]。許多自然生物進化出這種結構特征來實現(xiàn)集水、集霧等,例如沙漠甲蟲利用外殼上的親疏水交
【圖文】：

２１８中國科學基金２０１６年圖１液體在豬籠草口緣區(qū)表面單方向連續(xù)搬運現(xiàn)象（ａ）捕蟲籠及口緣區(qū)截面圖；（ｂ）液滴從口緣區(qū)內緣向外緣的單方向連續(xù)搬運圖２豬籠草口緣表面結構（ａ）口緣表面具有兩級分布的溝槽；（ｂ）盲孔的截面原位高速實時觀測發(fā)現(xiàn)液體在口緣區(qū)表面上的單方向連續(xù)搬運是由連續(xù)填充單一楔形盲孔來實現(xiàn)的，液體填充單個盲孔通常先沿著楔形孔內角邊緣鋪展，逐漸擠出盲孔內氣泡，最后在盲孔外緣輪廓前匯聚完成填充。圖３顯示了液體的單方向連續(xù)搬運過程，液體單方向搬運可看成層疊楔形盲孔的連續(xù)性填充，以填充相鄰三個盲孔為例，下層水ＩＩＩ首先填充對應盲孔１；在未完全填充之前，下層水液面厚度若超過盲孔１外緣，液體會沿著盲孔２的楔形內角邊緣鋪展形成上層水ＩＩ來填充盲孔２；同樣未完全填充滿盲孔２之前，上層水會越過盲孔２外緣又沿著盲孔３的楔形內角邊緣鋪展，產(chǎn)生頂層水Ｉ。楔形盲孔的連續(xù)循環(huán)填充實現(xiàn)了液體連續(xù)搬運。與此同時，楔形盲孔拱形輪廓及其尖銳外緣在液體鋪展浸潤時很容易滿足吉布斯非平衡［１８］，形成液體反方向流動的阻滯效應。３液體單方向連續(xù)搬運機制研究浸潤性表征顯示口緣區(qū)為超親水表面，ＥＤＳ測試證明口緣區(qū)表面不存在明顯的浸潤梯度。為揭示親疏水性對液膜單方向搬運的影響規(guī)律，采用生物復制成形方法制備出逼真仿生表面，發(fā)現(xiàn)疏水狀態(tài)圖３液體在口緣區(qū)表面的單方向連續(xù)搬運（ａ）反方向阻滯；（ｂ）正向搬運；（ｃ）連續(xù)搬運模型下并不具備單方向搬運能力。但將仿生表面改性成親水（接觸角小于６５°）后，液體才能夠實現(xiàn)單方向搬運，而且在超親水仿生口緣區(qū)表面上

２１８中國科學基金２０１６年圖１液體在豬籠草口緣區(qū)表面單方向連續(xù)搬運現(xiàn)象（ａ）捕蟲籠及口緣區(qū)截面圖；（ｂ）液滴從口緣區(qū)內緣向外緣的單方向連續(xù)搬運圖２豬籠草口緣表面結構（ａ）口緣表面具有兩級分布的溝槽；（ｂ）盲孔的截面原位高速實時觀測發(fā)現(xiàn)液體在口緣區(qū)表面上的單方向連續(xù)搬運是由連續(xù)填充單一楔形盲孔來實現(xiàn)的，液體填充單個盲孔通常先沿著楔形孔內角邊緣鋪展，逐漸擠出盲孔內氣泡，最后在盲孔外緣輪廓前匯聚完成填充。圖３顯示了液體的單方向連續(xù)搬運過程，液體單方向搬運可看成層疊楔形盲孔的連續(xù)性填充，以填充相鄰三個盲孔為例，下層水ＩＩＩ首先填充對應盲孔１；在未完全填充之前，下層水液面厚度若超過盲孔１外緣，液體會沿著盲孔２的楔形內角邊緣鋪展形成上層水ＩＩ來填充盲孔２；同樣未完全填充滿盲孔２之前，上層水會越過盲孔２外緣又沿著盲孔３的楔形內角邊緣鋪展，，產(chǎn)生頂層水Ｉ。楔形盲孔的連續(xù)循環(huán)填充實現(xiàn)了液體連續(xù)搬運。與此同時，楔形盲孔拱形輪廓及其尖銳外緣在液體鋪展浸潤時很容易滿足吉布斯非平衡［１８］，形成液體反方向流動的阻滯效應。３液體單方向連續(xù)搬運機制研究浸潤性表征顯示口緣區(qū)為超親水表面，ＥＤＳ測試證明口緣區(qū)表面不存在明顯的浸潤梯度。為揭示親疏水性對液膜單方向搬運的影響規(guī)律，采用生物復制成形方法制備出逼真仿生表面，發(fā)現(xiàn)疏水狀態(tài)圖３液體在口緣區(qū)表面的單方向連續(xù)搬運（ａ）反方向阻滯；（ｂ）正向搬運；（ｃ）連續(xù)搬運模型下并不具備單方向搬運能力。但將仿生表面改性成親水（接觸角小于６５°）后，液體才能夠實現(xiàn)單方向搬運，而且在超親水仿生口緣區(qū)表面上
【作者單位】： 北京航空航天大學機械工程及自動化學院;
【基金】：國家自然科學基金重大項目(51290292)等的資助
【分類號】：TB17

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本文編號：2525446