近日，能動(dòng)學(xué)院趙玉剛副教授指導(dǎo)碩士研究生蔡灝亭在《自然》（Nature）子刊《通訊材料》（Communications Materials）上發(fā)表題為“納米蒺藜驅(qū)動(dòng)下液滴的選擇性捕捉和定向輸運(yùn)”（“Nanosized caltrops enable selective capture and directional maneuvering of water droplets”的研究論文。該研究論文報(bào)道了一種全新的二級(jí)納米氧化銅結(jié)構(gòu)：納米蒺藜。該成果由能動(dòng)學(xué)院張華教授、上海交通大學(xué)鄭平院士和新加坡南洋理工大學(xué)楊純教授共同指導(dǎo)完成，趙玉剛副教授為通訊作者，蔡灝亭為該論文第一作者，上海理工大學(xué)為第一單位。

納米結(jié)構(gòu)通常是指尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)筑或組裝表征多功能的納米尺度的物質(zhì)單元。本文采用兩步法，結(jié)合等離子技術(shù)和化學(xué)氧化法，成功制備出一種受限生長(zhǎng)的納米蒺藜結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出獨(dú)特性質(zhì)，可應(yīng)用于多種工程領(lǐng)域。在親水狀態(tài)下，可應(yīng)用于涂層技術(shù)、噴墨打印和薄膜制造；在疏水狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)液滴的選擇性捕捉和無損耗、無污染轉(zhuǎn)移。該結(jié)構(gòu)衍生出的復(fù)合表面具有可調(diào)節(jié)性和靈活性，可低成本加工復(fù)雜多樣的圖案化表面，有助于化學(xué)微反應(yīng)器、生物檢測(cè)、藥物輸送和微流控系統(tǒng)等技術(shù)的發(fā)展。論文中的納米蒺藜是目前所有文獻(xiàn)報(bào)道中尺寸最小的二級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有助于實(shí)現(xiàn)亞微米尺度的液滴調(diào)控技術(shù)。

現(xiàn)有的微納級(jí)工程表面通常需要昂貴和精密的設(shè)備進(jìn)行加工，近年來所報(bào)道的功能表面也朝著復(fù)雜化的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，其經(jīng)濟(jì)性和魯棒性對(duì)大批量投入生產(chǎn)是一種挑戰(zhàn)，目前多數(shù)表面僅能展現(xiàn)單一的用途，限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。該論文發(fā)明的新結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的超親水-超疏水表面，產(chǎn)生的條紋復(fù)合表面具有離散化液滴的性質(zhì)，同時(shí)巧妙利用等離子束的散射特性，可以使用單一模板來制備出多種圖案，降低了制備成本，極大拓展了等離子技術(shù)在表面加工技術(shù)中的應(yīng)用。

本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(52276079)、中央引導(dǎo)上海市地方科技發(fā)展基金(YDZX20213100003022)、上海市動(dòng)力工程多相流與傳熱重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目( 23DZ2229030)的資助。

氧化銅納米蒺藜結(jié)構(gòu)制備流程、生長(zhǎng)機(jī)制及表征

親水和疏水狀態(tài)下的液滴動(dòng)力學(xué)

納米蒺藜結(jié)構(gòu)示意圖和兩種浸潤(rùn)模式

復(fù)合表面的多種應(yīng)用

供稿：能動(dòng)學(xué)院