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域具有廣泛的應用。
在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，中國科學院化學研究所綠色印刷院重點實驗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動在延緩表面結冰和控制冷凝水滴定向傳輸方面開展了系統的研究。通過系統研究表面黏附對冷凝水自驅動彈離表面效率的影響，發現黏附功對于冷凝水滴在固體表面的自驅動跳離行為具有決定性作用（Soft Matter 2012, 8, 6680-6683）；通過在表面構筑與微米水滴尺寸相當的微米結構，控制三相線的移動，進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冰之前能夠快速移走，構建防冰表面（Chem. Commun. 2013, 49, 4516-4518）；同時在表面構建了氣-液相變高對比的表面圖案，實現了對冷凝水滴成核位點的控制，提高了冷凝水滴合并自驅動跳離的效率（Adv. Mater. 2013, 25, 2291-2295）。
最近他們與清華大學固體力學研究所李群仰課題組的科研人員合作，設計了一種具有各向異性微結構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動移離表面提供動力，實現了微米水滴在固體表面合并后能夠自發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構幾何參數和水滴尺寸進行調控，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現超長距離的定向運動（如圖2）。擁有該特殊性能的表面具有廣闊的應用前景，如：提高表面傳質傳熱效率以及制備自驅動的微型載體和高效的防結冰表面等。該研究成果發表在近日出版的《德國應用化學》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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