化學(xué)所在微米水滴自驅(qū)動(dòng)定向輸運(yùn)研究中取得進(jìn)展

　　液滴的合并和定向傳輸在微流控、印刷、油水分離、集水、傳熱及防冰等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

　　在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的支持下，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員王健君課題組科研人員近年來(lái)在微米水滴可控合并及自驅(qū)動(dòng)在延緩表面結(jié)冰和控制冷凝水滴定向傳輸方面開(kāi)展了系統(tǒng)的研究。通過(guò)系統(tǒng)研究表面黏附對(duì)冷凝水自驅(qū)動(dòng)彈離表面效率的影響，發(fā)現(xiàn)黏附功對(duì)于冷凝水滴在固體表面的自驅(qū)動(dòng)跳離行為具有決定性作用（Soft Matter 2012, 8, 6680-6683）；通過(guò)在表面構(gòu)筑與微米水滴尺寸相當(dāng)?shù)奈⒚捉Y(jié)構(gòu)，控制三相線(xiàn)的移動(dòng)，進(jìn)一步減少冷凝水滴與表面之間的黏附功，使得表面的過(guò)冷水在結(jié)冰之前能夠快速移走，構(gòu)建防冰表面（Chem. Commun. 2013, 49, 4516-4518）；同時(shí)在表面構(gòu)建了氣-液相變高對(duì)比的表面圖案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)冷凝水滴成核位點(diǎn)的控制，提高了冷凝水滴合并自驅(qū)動(dòng)跳離的效率（Adv. Mater. 2013, 25, 2291-2295）。

　　最近他們與清華大學(xué)固體力學(xué)研究所李群仰課題組的科研人員合作，設(shè)計(jì)了一種具有各向異性微結(jié)構(gòu)并對(duì)冷凝水呈低黏附的表面，使冷凝水與材料具有各向異性的黏附，從而為冷凝水滴的定向自驅(qū)動(dòng)移離表面提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了微米水滴在固體表面合并后能夠自發(fā)地沿給定方向跳離表面（如圖1）。

　　研究表明，合并水滴定向跳起的能力主要由固體表面的微結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和水滴尺寸進(jìn)行調(diào)控，并且該定向彈跳具有一定的多次累加作用。固體表面的液滴可以通過(guò)類(lèi)似于“接力賽跑”的多次定向水平飛躍彈跳實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離的定向運(yùn)動(dòng)（如圖2）。擁有該特殊性能的表面具有廣闊的應(yīng)用前景，如：提高表面?zhèn)髻|(zhì)傳熱效率以及制備自驅(qū)動(dòng)的微型載體和高效的防結(jié)冰表面等。該研究成果發(fā)表在近日出版的《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 4265-4269上。

圖1 冷凝水滴的定向跳起

圖2 冷凝水滴的長(zhǎng)距離傳輸