力學所在流體仿生智能操控研究方面取得進展

　　【儀表網 研發快訊】流體的智能操控在基礎研究以及實際應用等方面都有著重要的應用，如微流體裝置、自清潔設備、微反應器等。許多生物體表面存在著液體定向輸運以滿足其生存所需。例如仙人掌刺可以收集水分并定向輸運到它的身體，豬籠草可以捕捉空氣中水分并在其捕蟲器表面定向鋪展，蝴蝶翅膀表面可以定向去除液滴等。研究者受自然界啟發，制備了一系列具有特殊微結構的表面并實現了液體的定向輸運。但是微結構表面由于微結構尺寸不可調、表面力學性能差等缺點限制了其在表面液體精確操控、分選領域的應用。
 

　　力學所超常環境非線性力學全國重點實驗室研究團隊聯合北京航空航天大學、河北工業大學等，仿濱鳥喙和豬籠草葉緣的液體輸運策略，以電場驅動為切入點，圍繞液滴驅動和篩選機制，逐層深入地開展了系統的實驗與理論研究工作，并成功開發了一種電場自適應潤滑油浸入褶皺表面(EFAWS)。該工作以“Electric-field-adaptive wrinkled surface for tunable liquid manipulation: from precision droplet transport to selective screening”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。
 

　　本研究將介電彈性體與潤滑劑浸入的光滑表面相結合，通過設計圓環狀電極，在電場的作用下形成放射狀褶皺結構，且對電極形狀、電極大小、預拉伸以及電極材料等影響因素進行探究。褶皺幾何形狀和潤滑劑厚度可以通過電場動態調節，通過編程徑向褶皺和潤滑劑厚度來控制液滴的運動軌跡和速度，來實現不同體積液滴的定向傳輸和分選。理論模型揭示了表面變形和潤濕動力學之間的關系，展示了由潤滑劑厚度控制的尺寸相關的方向響應。EFAWS為設計智能界面建立了結構-場-屬性關聯性，在微反應器、集水和具有多參數控制功能的智能流體設備中具有重要應用。
 

　　圖1 電場自適應起皺表面的設計。EFAWS的設計靈感來自于濱鳥喙喝水時不對稱毛細力和豬籠草籠口邊緣液體潤滑層。在電場作用下可實時控制褶皺形貌，用于液滴聚結、篩選和收集
 

　　力學所特別研究助理李燕為論文第一作者。該研究工作得到國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項(B類)、中國科學院青年創新促進會等項目資助。