近日,西安交通大學(xué)仿生工程與生物力學(xué)中心的研究人員發(fā)現(xiàn)了存在于蒲公英種子的一種新的浸潤現(xiàn)象,在油水分離、液滴操縱等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
近年來,研究人員受自然界中各種浸潤現(xiàn)象的啟發(fā),發(fā)現(xiàn)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(xiàn)液滴定向運動的微結(jié)構(gòu)表面。本文作者通過實驗發(fā)現(xiàn),蒲公英種子可以通過多根冠毛纖維的協(xié)同作用,實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)液滴的可控釋放。該發(fā)現(xiàn)可以用于微化學(xué)發(fā)應(yīng)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(guān)論文“Collective Wetting of a Natural Fibrous System and Its Application in Pump-Free Droplet Transfer”已在材料學(xué)知名期刊Advanced Functional Materials(影響因子11.382)上在線發(fā)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(dǎo)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(xué),參與該項工作的還有西安交通大學(xué)生命學(xué)院黃國友副教授、博士生劉灝、北京航空航天大學(xué)的李峰教授、美國圣路易斯華盛頓大學(xué)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(xué)基金等經(jīng)費的資助。Advanced functional Materials是材料科學(xué)領(lǐng)域頂級雜志之一,收錄了材料研究領(lǐng)域最前沿的優(yōu)秀論文。同時,相關(guān)研究內(nèi)容作為科研熱點被美國圣路易斯華盛頓大學(xué)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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