二维图案化界面上的液体单向“任性”输运

大自然是人类最好的老师。借助于特殊三维结构和表面理化性质，各类动植物可以有效的将液体输运到其所需的地方。例如，沙漠中的蜥蜴可以利用定向排列的鳞片实现液体单向输运，静若处子般的摄入水分。猪笼草内壁及上方口缘可以定向被液体浸润，从而实现“油嘴滑虫”。对此类自然现象的仿生研制将在流体自发传质、界面润滑以及多相分离等方面得到应用。

前期研究中，为实现液体定向输运往往需要引入不对称的三维微结构体。此类结构在成功实现液体单向输运的同时，不可避免的提高了界面系统的复杂性和适应性。基于对自然界现象的理解和已有工作的认知，天津大学化工学院曹墨源副研究员小组设计了二维浸润性图案化平面，实现了一系列的液体单向输运过程。此界面材料以超亲水二氧化钛为基底，通过细马克笔直接绘制疏水性图案。机理层面，定向排列的疏水性栅栏可产生的不对称液体阻力，从而推动了液体的单向输运。为对比之前研究，此项工作证明了仅依靠二维浸润性图案就可以“指挥”液体在平面上定向连续输运，降低了此类液体输运界面的应用门槛，也为其多样化设计提供了新的机会。

如图所示，当向界面上连续施加液体时，液体将会逆栅栏而上，对着疏水图案的倾斜方向进行快速铺展。

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受益于简化的二维平面结构，复杂的液体输运过程可以整合在同一基底上。通过调节疏水栅栏的倾斜方向，逆时针和顺时针的液体单向输运可以同步进行。

文章近期发表于Materials Horizons杂志，第一作者为天津大学分子科学与工程系学生耿辉同学。

全文链接：

http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2018/mh/c7mh01138e?page=search

来源：高分子科学前沿

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