香港大學王立秋教授/山東大學李加乾研究員《Prog. Mater. Sci.》綜述：自然啟發的折返結構表面
2023-01-11 來源：高分子科技
折返或凹角結構廣泛存在于甲蟲、蜘蛛、壁虎、豬籠草等生物表面，呈現出高度進化的精致形狀，包括蘑菇頭、懸垂、梯形、球體、斜錐形、抹刀狀、尖銳邊緣等，同時賦予了多樣的表面功能，用于超疏水、黏附和定向流體導航。大自然如此神奇，相似的折返結構可以造就多種功能表面。盡管結構如此相似，仍需要合理設計折返結構的參數，包括折返角、形狀、間距、直徑、厚度、銳度和各向異性，以及根據潤濕性和機械性能選擇合適材料，實現最優的特定功能。例如，超疏水和流體導航更喜歡尖銳的折返結構，以防止液體滲入折返結構內部；強黏附更關心折返結構的接觸面積、厚度和多級層次，利于穩定粘附在粗糙表面。因此，非常有必要闡明折返結構的結構參數與宏觀表面潤濕和黏附之間的潛在關聯，指導折返結構表面的優化設計，獲取一種或多種最優功能于一體。得益于這些優越性能，自然啟發的折返結構表面在各種應用中開始嶄露頭角，包括自清潔、防污、防病毒、紡織品、微流控芯片、油水分離、太陽能蒸發、海水淡化、粘合劑、生物電子、傳感器、機械軟抓手和機器人等。
圖1 彈尾目蟲、壁虎、豬籠草啟發的折返結構表面及其功能
圖2 超疏折返結構表面：球形、倒梯形、單沿T形、雙沿T形、三沿T形，多級折返結構
圖3 定向液體導航折返結構表面：倒梯形、斜錐形、單沿T形、雙沿T形
圖4 黏附折返結構表面：蘑菇頭形、多級蘑菇頭形、漏斗形、雙沿T形、折返結構聯鎖、不對稱折返結構
圖5 自然啟發的折返結構表面的多功能應用
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.101064
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（責任編輯：xu）
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