液滴的自發(fā)定向輸運在芯片實驗室、能源電力系統(tǒng),、油氣輸運,、水收集和除濕等領域具有廣泛的應用前景，其主要取決于表面形貌結(jié)構(gòu)和化學組成的非對稱性,，具體表現(xiàn)為浸潤性梯度,、各向異性結(jié)構(gòu)和曲率梯度等。液滴輸運的速度和距離是判定輸運效率的有效指標,。合理的設計并制備表面結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)快速,、長程的液滴自發(fā)定向輸運的有效方法。然而,，傳統(tǒng)的加工技術加工精度較低,、加工結(jié)構(gòu)單一，很難滿足結(jié)構(gòu)性能要求,。
圖1 松針和仿松針多級非對稱結(jié)構(gòu)表面的形貌結(jié)構(gòu)特征
圖2 仿松針多級非對稱結(jié)構(gòu)表面的形貌結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)控
要點：研究者借鑒松針表面結(jié)構(gòu)特征，設計并制備包括第一級的傾斜陣列結(jié)構(gòu),、第二級的高度梯度結(jié)構(gòu)和第三級的平面/曲面組合的半錐形結(jié)構(gòu)的仿松針多級非對稱結(jié)構(gòu)表面,。上述表面（圖1）由nanoArch S140微尺度3D打印設備加工，使用材料為HTL耐高溫樹脂,，打印層厚為10微米,。陣列間距為300微米，尖.錐傾斜角度β為70°,，高度梯度α為20°,，尖.錐頂端大小為10-20微米。在打印過程中,，通過精密刮刀刮除細小的氣泡,，來保障加工質(zhì)量。同時,，研究者還設計了僅包含傾斜陣列結(jié)構(gòu)和半錐形結(jié)構(gòu)的對照樣品,，與僅包含傾斜陣列結(jié)構(gòu)和高度梯度結(jié)構(gòu)的對照樣品。通過nanoArch S140微尺度3D打印技術,，實現(xiàn)了包括傾斜,、高度梯度及平/曲面組合的復雜三維結(jié)構(gòu)表面參數(shù)的精確調(diào)控及大規(guī)模制備（圖2）。
圖3 仿松針多級非對稱結(jié)構(gòu)表面微液滴自發(fā)定向輸運
圖4 仿松針多級非對稱結(jié)構(gòu)尖.端效應
要點：在凝結(jié)過程中,，液滴先隨機在表面凝結(jié),，然后向尖.端匯聚，然后尖.端液滴會在合并過程中重新配置,，并從半錐形結(jié)構(gòu)的平面旋轉(zhuǎn)到曲面位置,，隨后合并的液滴會沿著高度增加的方向運動，進而實現(xiàn)從微觀到宏觀的多尺度液滴的定向輸運,，其液滴定向輸運的速度可以達到10 cm/s,。研究者發(fā)現(xiàn)液滴在合并過程中重新配置是非對稱結(jié)構(gòu)誘導的尖.端效應導致的，并通過建立能量變化模型證明,，當液滴尺寸大于結(jié)構(gòu)尺寸時,，液滴坐落于平面的系統(tǒng)能量大于坐落于曲面上的系統(tǒng)能量，從而揭示了液滴從平面向曲面運動的機理。研究者發(fā)現(xiàn)毫米級的液滴在合并過程中依然會從平面運動到弧面上,，證明非對稱結(jié)構(gòu)誘導的尖.端效應普遍適用于各種尺度的液滴,。
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