上海交大《ACS AMI》：通過3D打印制備大尺寸蘑菇狀柔性超疏水仿生微結構
發布日期：2021-09-01
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近日，上海交大機械與動力工程學院胡松濤副教授課題組設計并制備了具備機械強度的柔性超疏水仿生微結構，兼具抗液性與耐磨性，相關研究成果在機械裝備抗液防冰等領域具有重要的應用前景。該成果以“Biomimetic Water-Repelling Surfaces with Robustly Flexible Structures”為題發表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。
現有的面向低溫沖擊液滴的超疏水界面工作遵循剛性和柔性兩類設計原則，可有效縮短固液接觸時間，但受限于苛刻的固液沖擊定位要求。研究團隊在之前工作中，借鑒跳蟲胸殼的蘑菇狀仿生結構來抵抗沖擊液滴，但將底部立柱狀剛性支撐替換為彈簧狀柔性支撐來調整結構的整體力學性能，形成了“類皮膚-肌肉”柔性超疏水界面微結構的設計思想。該結構被證實可消除界面潤濕性能對液滴沖擊定位的依賴，但受限于弱機械強度。因此，研究團隊改進了柔性微結構設計，形成了由剛性平板和柔性彈簧組所構成的大尺寸蘑菇狀超疏水仿生微結構。研究團隊采用面投影微立體光刻精密3D打印技術（nanoArch S140精密3D打印系統設備，摩方精密）高效、精準地實現了上述界面設計的樣機制備。
界面設計與制備（蘑菇平板陣列，寬度2800μm，厚度100μm，間隔200μm；彈簧支柱：自由高度2000μm，中徑500μm，線徑90μm，線圈數8個）
柔性蘑菇狀超疏水仿生界面結構被證明可承受常規的法向擠壓和水平剪切行為；在實際摩擦行為中，較剛性結構有更好的耐磨性。
界面機械強度
柔性蘑菇狀超疏水仿生界面結構被證實可以通過觸發結構振動來縮短固液接觸時間。進一步，研究團隊指出液滴在沖擊結構自身與相鄰結構間隙時存在明顯差異，揭示了內在力學機理，并應用于抵抗液滴的斜向沖擊。
固液接觸時間與力學機理
瑞士蘇黎世聯邦理工學院Andrew J. deMello教授課題組、英國帝國理工學院Daniele Dini教授課題組和寧波大學李錦棒助理教授課題組為合作單位。工作得到國家自然科學基金青年科學基金、中國科協青年托舉工程、機械系統與振動國家重點實驗室重點自主課題的支持。
原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c10157
