南洋理工大学周琨教授课题组《Small》：4D打印仿蝴蝶鳞片结构实现超广角液体传输

2023-05-11 来源：高分子科技

液体定向传输这一现象被广泛地应用于水雾收集、电化学传感、海水淡化等领域。然而目前的研究都集中于液体的线性传输（传输角度α = 0°），其侧向流动和传输效率都受到抑制。为了实现对三维空间内液体传输路径和传输速度的控制，广角液体传输是一种有效的解决手段。

受蝴蝶翅膀上液体的广角传输现象的启发，新加坡南洋理工大学周琨教授课题组利用4D打印技术制备了仿蝴蝶鳞片的半悬浮微结构，并在此基础上实现了液体的线性（α = 0°）、广角（0° < α < 180°）、甚至超广角（α = 180°）传输（图1）。其中4D打印的非对称半悬浮微结构有利于液体的定向流动，而该结构的排列方式可以调控液体在前进方向（微结构弯曲方向）和侧方向的拉普拉斯压力，从而控制液体的传输角度。值得说明的是，超广角液体传输能同时实现液体高效传输和前进方向/侧方向的传输路径编辑，此时液体在定向流动的时候优先填充侧向的结构。此外，该结构也可以实现三维空间内超广角液体传输，因此可以应用于先进的生物化学微反应（图2）、大面积的液体蒸发（图3）以及自驱动油水分离（图4）。该工作以“4D Printing of Butterfly Scale–Inspired Structures for Wide-Angle Directional Liquid Transport”为题发表在《Small》上。文章第一作者是南洋理工大学博士后刘小将（现为东南大学生物科学与医学工程学院研究员）。南洋理工大学博士生李博远为该论文的共同第一作者。该工作得到了东南大学顾忠泽教授的指导。

图1 利用4D打印技术制备了仿蝴蝶鳞片的半悬浮微结构，并在此基础上实现液体线性（α = 0°）、广角（0° < α < 180°）、甚至超广角（α = 180°）的传输。标尺：2 cm (a)；500 μm (b)；50 μm (b中嵌图)；50 μm (c)；200 μm (e)；2 mm (f,g,h)。

图2 仿生半悬浮微结构应用于微流体系统。标尺：5 mm。

图3 仿生半悬浮微结构应用于液体大面积定向蒸发。标尺：5 mm。

图4 仿生半悬浮微结构应用于自驱动油水分离。标尺：1 cm (a,b)；2 mm (a嵌图)；2 cm (d)。

新加坡南洋理工大学周琨教授课题组依托于惠普-南洋理工大学数字制造联合实验室和新加坡3D打印中心，长期从事多种增材制造技术（3D打印）研究，例如粉末熔融（MJF、SLM、SLS）、光固化（DLP、SLA）、挤出成型（FDM）等。目前聚焦于功能聚合物复合材料及高性能新金属材料研发、先进结构设计和多尺度模拟仿真、增材制造零件宏微观力学性能表征及其应用等。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202207640

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（责任编辑：xu）

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