城市大學(城大)的科學家受一種樹葉的啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)沉積在同一表面的不同液體的擴散方向是可以控制的，解決了一個已經(jīng)存在了兩個多世紀的挑戰(zhàn)。這一突破可能會引發(fā)使用 3D 表面結構進行智能液體操縱的新浪潮，對各種科學和工業(yè)應用(例如流體設計和傳熱增強)具有深遠的影響。
在城大機械工程系講座教授王鉆凱教授的帶領下，研究小組發(fā)現(xiàn)南洋杉葉意外的液體傳輸行為為液體定向轉向提供了一個令人興奮的原型，推動了液體運輸?shù)那把?。他們的研究結果以“三維毛細管棘輪誘導的液體定向轉向”為題發(fā)表在著名的科學雜志《科學》上。
南洋杉是一種在園林設計中很受歡迎的樹種。它的葉子由周期性排列的棘輪組成，棘輪向葉尖傾斜。每個棘輪都有一個尖端，在其上表面具有橫向和縱向彎曲，以及相對平坦、光滑的底表面。當研究小組成員馮世樂博士參觀一個種植南洋杉的主題公園時，葉子的特殊表面結構引起了他的注意。
特殊的葉片結構使液體可以向不同方向擴散
“傳統(tǒng)的理解是，沉積在表面上的液體傾向于向降低表面能的方向移動。它的傳輸方向主要由表面結構決定，與液體的特性無關，例如表面張力，”教授說。王。但研究小組發(fā)現(xiàn)，具有不同表面張力的液體在南洋杉葉上的擴散方向相反，與傳統(tǒng)認識形成鮮明對比。
通過模仿其自然結構，該團隊設計了一種受南洋杉葉啟發(fā)的表面 (ALIS)，具有毫米大小的 3D 棘輪，使液體能夠在表面平面內外進行芯吸(即通過毛細作用移動)。他們用聚合物的 3D 打印復制了葉子的物理特性。他們發(fā)現(xiàn)棘輪的結構和尺寸，尤其是棘輪尖端的凹入結構、棘輪的尖端間距和棘輪的傾斜角度，對液體方向轉向至關重要。
對于具有高表面張力的液體，如水，研究小組發(fā)現(xiàn)液體的一個前沿被“固定”在 3D 棘輪的尖端。由于棘輪的尖端間距與液體的毛細管長度(毫米)相當，因此液體可以逆著棘輪傾斜方向倒流。相反，對于低表面張力的液體，如乙醇，表面張力起到驅動力的作用，使液體沿棘輪傾斜方向向前移動。
標簽：
免責聲明：本文由用戶上傳，如有侵權請聯(lián)系刪除！