世界上第一个在仿生表面上发现液体定向转向

城市大学(城大)的科学家受一种树叶的启发，发现沉积在同一表面的不同液体的扩散方向是可以控制的，解决了一个已经存在了两个多世纪的挑战。这一突破可能会引发使用 3D 表面结构进行智能液体操纵的新浪潮，对各种科学和工业应用(例如流体设计和传热增强)具有深远的影响。

在城大机械工程系讲座教授王钻凯教授的带领下，研究小组发现南洋杉叶意外的液体传输行为为液体定向转向提供了一个令人兴奋的原型，推动了液体运输的前沿。他们的研究结果以“三维毛细管棘轮诱导的液体定向转向”为题发表在著名的科学杂志《科学》上。

南洋杉是一种在园林设计中很受欢迎的树种。它的叶子由周期性排列的棘轮组成，棘轮向叶尖倾斜。每个棘轮都有一个尖端，在其上表面具有横向和纵向弯曲，以及相对平坦、光滑的底表面。当研究小组成员冯世乐博士参观一个种植南洋杉的主题公园时，叶子的特殊表面结构引起了他的注意。

特殊的叶片结构使液体可以向不同方向扩散

“传统的理解是，沉积在表面上的液体倾向于向降低表面能的方向移动。它的传输方向主要由表面结构决定，与液体的特性无关，例如表面张力，”教授说。王。但研究小组发现，具有不同表面张力的液体在南洋杉叶上的扩散方向相反，与传统认识形成鲜明对比。

通过模仿其自然结构，该团队设计了一种受南洋杉叶启发的表面 (ALIS)，具有毫米大小的 3D 棘轮，使液体能够在表面平面内外进行芯吸(即通过毛细作用移动)。他们用聚合物的 3D 打印复制了叶子的物理特性。他们发现棘轮的结构和尺寸，尤其是棘轮尖端的凹入结构、棘轮的尖端间距和棘轮的倾斜角度，对液体方向转向至关重要。

对于具有高表面张力的液体，如水，研究小组发现液体的一个前沿被“固定”在 3D 棘轮的尖端。由于棘轮的尖端间距与液体的毛细管长度(毫米)相当，因此液体可以逆着棘轮倾斜方向倒流。相反，对于低表面张力的液体，如乙醇，表面张力起到驱动力的作用，使液体沿棘轮倾斜方向向前移动。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！