香港理工大学研究人员利用3D打印的缺陷来控制流体 调节表面液体扩散动力

行业资讯1年前 (2023)发布 深山闲士
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香港的研究人员发现了一种调节表面液体扩散动力学的新方法。传统上,人们认为液体的扩散方向完全由表面设计决定,无法定制。然而,这项新研究通过证明可以使具有不同表面张力的液体在同一表面上选择它们的扩散方向来挑战这一概念。

 

香港理工大学研究人员利用3D打印的缺陷来控制流体 调节表面液体扩散动力

 

宏棘轮
实现这种定制的关键在于使用具有双重入曲率的3D宏棘轮。这些复杂的结构可以使用 3D打印制造,但逐层打印过程会引入类似微槽的表面缺陷。以前的方法需要额外的抛光处理来消除这些缺陷,增加了复杂性并限制了实际应用。

在这项研究中,研究人员采用了不同的方法。他们没有消除表面缺陷,而是利用它们来调节液体的扩散相图。通过设计带有微槽的简化双刻度棘轮,他们能够实现类似于自然现象中发现的液体定向转向。

进一步的实验表明,微槽的方向在调节具有适度润湿性的液体中起着至关重要的作用。

香港理工大学机械工程系研究员 Zuankai Wang 表示:“它提供了一种易于制造或复制的新表面设计,同时不会牺牲液体定向转向的功能。”

“垂直于棘轮倾斜方向排列的微槽用作延迟阀,以减缓液体在棘轮侧表面的扩散,而平行于棘轮倾斜方向的微槽会由于毛细管芯吸作用促进液体扩散,因此后者更有利于液体的后向扩散。”

液体涂抹
这项研究的结果挑战了传统思维,并为设计和制造能够精确控制液体扩​​散的表面开辟了新的可能性。研究人员现在正在更深入地研究液-固相互作用的机制,并探索通过将不同成分融入材料中可以实现的其他功能。

这项研究展示了如何利用看似不需要的表面缺陷来创造功能性表面,变废为宝。通过拥抱和理解微型结构的复杂性,工程师可以在各个领域开启新的应用,包括油水分离、集水、热管理、微流体、先进制造和仿生学。

“我们所知道的只是冰山一角,可以采用更先进的可视化工具来揭示液体和固体结构如何在微观尺度上相互作用,或者我们甚至可以通过向材料中添加不同的成分来引入其他功能,”Zuankai Wang说.

可能性是巨大的,进一步的研究无疑将揭示更多关于这些创新的液体操作方法的潜力。

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