原標(biāo)題：厲害！這位大工人在公園游玩后，發(fā)了篇Science！

　　來(lái)源:大連理工大學(xué)

　　@DUTers：

　　你逛過(guò)公園嗎?

　　你對(duì)公園里印象最深刻的是什么？

　　你可能想不到 有的大工人

　　在公園游玩都能獲得靈感

　　還發(fā)了篇Science

　　9月17日，我校機(jī)械工程學(xué)院馮詩(shī)樂(lè)副教授，香港城市大學(xué)朱平安助理教授、王鉆開(kāi)教授及其合作者在Science上發(fā)表突破性成果——3D capillary ratchet-induced liquid directional steering，首次報(bào)道了一種亞毫米級(jí)3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)的流體自主擇向現(xiàn)象。通過(guò)建立非對(duì)稱3D固/液界面交互作用，操控不同表面張力液體在固體結(jié)構(gòu)表面的鋪展模式，實(shí)現(xiàn)快速、長(zhǎng)程、自主擇向的流體可控輸運(yùn)。

　　2018年，尚在做博士后的馮詩(shī)樂(lè)到香港一個(gè)種植南洋杉的主題公園游玩時(shí)，被南洋杉葉子表面獨(dú)特的雙重懸臂結(jié)構(gòu)深深吸引。南洋杉的葉子由向尖端傾斜的鋸齒周期性排列組成，每個(gè)鋸齒有一個(gè)尖端，其表面具有橫向和縱向的曲率。專注于仿生功能表面流體動(dòng)態(tài)行為研究的他敏銳地意識(shí)到，這種特殊結(jié)構(gòu)可能會(huì)對(duì)流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生影響，他立刻回到實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展相關(guān)研究。

　　南洋杉葉片結(jié)構(gòu)形貌特征及流體運(yùn)動(dòng)行為

　　馮詩(shī)樂(lè)初步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在南洋杉葉片表面上，不同表面張力的流體運(yùn)動(dòng)方向并不相同：酒精沿著結(jié)構(gòu)傾斜的方向輸運(yùn)，與傳統(tǒng)認(rèn)知相同；而水沿著與結(jié)構(gòu)傾斜方向相反的方向輸運(yùn)。這一發(fā)現(xiàn)打破了自1804年Thomas Young首次提出表/界面科學(xué)潤(rùn)濕性理論以來(lái)的傳統(tǒng)認(rèn)知：液體在固體表面的自發(fā)運(yùn)動(dòng)趨向于向系統(tǒng)能量降低的方向運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方向主要由材料表面結(jié)構(gòu)決定，而與流體本征性質(zhì)無(wú)關(guān)。并且，這一現(xiàn)象看似簡(jiǎn)單，提出了一個(gè)深刻的科學(xué)問(wèn)題：在不改變表面結(jié)構(gòu)和無(wú)能量輸入的前提下，液體能否自主選擇運(yùn)動(dòng)方向？基于此，馮詩(shī)樂(lè)及其合作者開(kāi)展了深入研究。

　　研究發(fā)現(xiàn)，南洋杉葉片由具有橫向和縱向曲率的雙重懸臂結(jié)構(gòu)的鋸齒周期性排列組成，與傳統(tǒng)微米結(jié)構(gòu)表面僅能誘發(fā)2D固/液界面作用不同，其表面能夠誘發(fā)非對(duì)稱3D固/液界面交互作用，調(diào)控不同表面張力流體的鋪展模式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同一表面上流體的自主擇向。

　　仿南洋杉葉片結(jié)構(gòu)功能表面上流體的自主擇向

　　既然南洋杉葉片能實(shí)現(xiàn)流體自主擇向，那么仿南洋杉結(jié)構(gòu)功能表面（ALIS）能不能達(dá)到一樣的效果呢？研究團(tuán)隊(duì)模仿南洋杉葉片結(jié)構(gòu)特征，采用高精度3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)并制備了仿南洋杉葉片3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)表面，該表面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，其結(jié)構(gòu)尺度在亞毫米數(shù)量級(jí)，其特征長(zhǎng)度與流體毛細(xì)長(zhǎng)度相當(dāng)。該仿生功能表面展現(xiàn)出和南洋杉葉片相似的流體擇向性能：低表面能流體運(yùn)動(dòng)方向與結(jié)構(gòu)傾斜方向相同，而高表面能流體運(yùn)動(dòng)方向與結(jié)構(gòu)傾斜方向相反。同時(shí)，該仿生功能表面能夠顯著促進(jìn)或抑制毛細(xì)現(xiàn)象，且在沒(méi)有任何納米結(jié)構(gòu)的前提下實(shí)現(xiàn)快速和長(zhǎng)程的毛細(xì)效應(yīng)。

　　該研究通過(guò)觀察亞毫米級(jí)3D毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)固/液界面形態(tài)變化規(guī)律，揭示其誘導(dǎo)液體自主擇向機(jī)理，為開(kāi)發(fā)流體操控在自然系統(tǒng)和實(shí)際工程，如冷凝換熱、界面減阻、噴墨打印、自清潔、防污、防腐、抗結(jié)冰、能源收集等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。研究成果被選為Science News提前宣傳，并得到國(guó)內(nèi)外知名媒體廣泛報(bào)道。

　　我校馮詩(shī)樂(lè)副教授和香港城市大學(xué)朱平安助理教授為本研究共同第一作者，研究成果部分得到國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目、大連理工大學(xué)星海人才培育計(jì)劃“星海優(yōu)青”項(xiàng)目和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金的支持。本研究合作者包括香港城市大學(xué)機(jī)械工程系鄭煥璽、李加乾，大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院詹海洋、陳琛、劉亞華教授，香港城市大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系姚希副教授和香港大學(xué)機(jī)械工程系王立秋教授。

　　完全看懂了的

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　　多思考 勤動(dòng)腦

　　也許你也能在身邊找到

　　了不起的發(fā)現(xiàn)?

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　　編輯排版 | 任亭鈺

　　責(zé)任編輯 |?周學(xué)飛 任亭鈺