近日🙇🏿♀️，能動學院趙玉剛副教授指導碩士研究生蔡灝亭在《自然》（Nature）子刊《通訊材料》（Communications Materials）上發表題為“納米蒺藜驅動下液滴的選擇性捕捉和定向輸運”（“Nanosized caltrops enable selective capture and directional maneuvering of water droplets”的研究論文🫳🏼。該研究論文報道了一種全新的二級納米氧化銅結構：納米蒺藜。該成果由能動學院張華教授、上海交通大學鄭平院士和新加坡南洋理工大學楊純教授共同指導完成，趙玉剛副教授為通訊作者，蔡灝亭為該論文第一作者👨👩👧👦，意昂2平台為第一單位。
納米結構通常是指尺寸在100納米以下的微小結構，可以構築或組裝表征多功能的納米尺度的物質單元。本文采用兩步法，結合等離子技術和化學氧化法🕯，成功製備出一種受限生長的納米蒺藜結構☞，展現出獨特性質👧，可應用於多種工程領域。在親水狀態下，可應用於塗層技術、噴墨打印和薄膜製造；在疏水狀態下可實現液滴的選擇性捕捉和無損耗、無汙染轉移🐻。該結構衍生出的復合表面具有可調節性和靈活性，可低成本加工復雜多樣的圖案化表面，有助於化學微反應器👱🏻♂️、生物檢測🦩、藥物輸送和微流控系統等技術的發展🟰。論文中的納米蒺藜是目前所有文獻報道中尺寸最小的二級拓撲結構👨🏻🦯，有助於實現亞微米尺度的液滴調控技術。
現有的微納級工程表面通常需要昂貴和精密的設備進行加工，近年來所報道的功能表面也朝著復雜化的理念進行設計👳，其經濟性和魯棒性對大批量投入生產是一種挑戰🏃♂️➡️，目前多數表面僅能展現單一的用途，限製了其應用領域👩🦲。該論文發明的新結構不同於傳統的超親水-超疏水表面，產生的條紋復合表面具有離散化液滴的性質，同時巧妙利用等離子束的散射特性，可以使用單一模板來製備出多種圖案，降低了製備成本，極大拓展了等離子技術在表面加工技術中的應用🔃。
本研究得到了國家自然科學基金(52276079)、中央引導上海市地方科技發展基金(YDZX20213100003022)、上海市動力工程多相流與傳熱重點實驗室項目( 23DZ2229030)的資助。
氧化銅納米蒺藜結構製備流程、生長機製及表征
親水和疏水狀態下的液滴動力學
納米蒺藜結構示意圖和兩種浸潤模式
復合表面的多種應用
供稿：能動學院
