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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

作者: 2016年04月21日 來源:互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量:
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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。   在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持下,中國科學(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

  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。

  在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持下,中國科學(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展了系統(tǒng)的研究。通過系統(tǒng)研究表面黏附對冷凝水自驅(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-液相變高對比的表面圖案,實(shí)現(xiàn)了對冷凝水滴成核位點(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類似于“接力賽跑”的多次定向水平飛躍彈跳實(shí)現(xiàn)超長距離的定向運(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 冷凝水滴的長距離傳輸



 

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標(biāo)簽:微米水滴可控合并

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