Science:仿南洋杉3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)表面流體自主擇向
圖1 南洋杉葉片及其仿生表面多懸臂結(jié)構(gòu)特征。A 南洋杉葉片表面雙重曲率結(jié)構(gòu)特征,包括橫向和縱向曲率。B仿南洋杉3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)表面雙重懸臂結(jié)構(gòu)特征,單個(gè)鋸齒厚度80 μm。
要點(diǎn):研究者借鑒南洋杉葉片結(jié)構(gòu)特征,使用PμSL 3D打印技術(shù)(nanoArch® S140,摩方精密),設(shè)計(jì)并制備了由平行排列的具有橫向和縱向曲率的雙重懸臂結(jié)構(gòu)的鋸齒陣列組成的仿南洋杉3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)表面、具有對(duì)稱垂直平面葉片結(jié)構(gòu)的表面、具有傾斜平面葉片結(jié)構(gòu)的表面和具有平行溝槽結(jié)構(gòu)的表面。3D打印技術(shù)所使用樹脂為丙烯酸光敏樹脂,固化紫外光波長(zhǎng)為405 nm,能量密度、曝光時(shí)間、曝光分辨率、打印層厚分別30 mW/cm²,1 s,10 μm,10 μm。葉片間距p為750 μm,列間距w為1000 μm,葉片傾斜角度為15 – 90°,縱向和橫向的曲率半徑R1和R2分別為~400 μm和~650 μm。
圖2南洋杉葉片及仿南洋杉3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)表面流體輸運(yùn)性能。A酒精(紅色)和水(藍(lán)色)在南洋杉葉片上的運(yùn)動(dòng)行為。其中,酒精沿著鋸齒結(jié)構(gòu)傾斜的方向運(yùn)動(dòng),而水沿著相反的方向運(yùn)動(dòng)。B低表面能液體和高表面能液體在仿南洋杉3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)表面運(yùn)動(dòng)行為。
圖3 仿南洋杉3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)表面流體自主擇向機(jī)理。A/B低表面能液體和高表面能液體在仿南洋杉3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)表面的鋪展行為。C橫向曲率結(jié)構(gòu)懸臂效應(yīng)力學(xué)分析模型。D流體打破結(jié)構(gòu)扎釘效應(yīng)的臨界狀態(tài)。E縱向曲率結(jié)構(gòu)懸臂效應(yīng)力學(xué)分析模型。F流體自主擇向現(xiàn)象和表面結(jié)構(gòu)及流體表面張力的關(guān)系。
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