近日,西安交通大學仿生工程與生物力學中心的研究人員發現了存在于蒲公英種子的一種新的浸潤現象,在油水分離、液滴操縱等領域有重要應用。
近年來,研究人員受自然界中各種浸潤現象的啟發,發現和制備很多仿生表面,如模仿荷葉的自清潔超疏水表面和模仿多肉植物表面實現液滴定向運動的微結構表面。本文作者通過實驗發現,蒲公英種子可以通過多根冠毛纖維的協同作用,實現液滴操縱(如抓取液滴等)。因為蒲公英種子表面具有疏水親油的特性,種子在抓取液滴的過程中,只在水中形成彎液面而不浸入水中,但可以直接浸入油中。該特性可實現油水分離,用于清理海洋的石油泄露問題。另外,本文從理論上分析了抓取時纖維幾何特征和液體表面張力的臨界條件,并定量地得到了抓取的液滴體積。更有趣的是,利用表面張力的差異,將液滴浸入更小表面張力的液相時(如水滴進入油相),可以實現液滴的可控釋放。該發現可以用于微化學發應和油水分離等,為微液滴操縱提供了一個新的方法和思路。
相關論文“Collective Wetting of a Natural Fibrous System and Its Application in Pump-Free Droplet Transfer”已在材料學知名期刊Advanced Functional Materials(影響因子11.382)上在線發表,并被選為雜志的Back cover。論文的共同第一作者是博士生韓玉龍、李墨筱和楊清振老師,該工作在盧天健教授和徐峰教授指導下完成,論文的第一作者和通訊作者單位均為西安交通大學,參與該項工作的還有西安交通大學生命學院黃國友副教授、博士生劉灝、北京航空航天大學的李峰教授、美國圣路易斯華盛頓大學的Guy M. Genin教授和本科生秦一丹。該項研究成果得到了國家自然科學基金等經費的資助。Advanced functional Materials是材料科學領域頂級雜志之一,收錄了材料研究領域最前沿的優秀論文。同時,相關研究內容作為科研熱點被美國圣路易斯華盛頓大學主頁(https://source.wustl.edu/2017/05/new-use-pesky-weed/)及Science Daily、PHY.org等多家國外知名科技媒體報道。
論文鏈接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201606607/full
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