仿生沟槽锥形结构多种环境下油滴的自运输研究

目的虽然传统锥形结构可以实现水下油滴的定向运动,但在复杂环境中连续自适应的油滴自运输仍然是一个挑战。为此研发一种新型沟槽锥形结构表面,以实现多种环境下高效的油滴自运输。方法受到水稻叶各向异性沟槽结构和仙人掌刺不对称锥形结构的启发,采用飞秒激光直写扫描系统在聚四氟乙烯上下表面加工沟槽锥形结构。借助接触角测试平台表征结构表面的润湿性,并通过扫描电子显微镜对表面微沟槽形貌进行分析。使用高速相机记录结构在水环境、水-空气界面和空气中的油滴运输过程,并以此为基础分析研究结构在多种环境下的油滴自运输能力。结果沟槽锥形结构实现了在水下、空气中及水-空气界面多种环境下油滴的连续自运输,并且展示出优于传统锥形结构的高效水下油滴自运输能力,收集速率达到112.17 mm/s。结论利用沟槽锥形结构良好的结构扩展性、无须消耗能源或外力驱动的操作模式和优异的油滴自运输能力,制备了水下自驱动集油装置,展示了该结构的潜在应用。