近日，西南科大制造學院微納仿生制造團隊提出了一種非對稱誘導傾斜階梯蘑菇狀微柱結構的方法用于混合液滴的定向彈跳，并以“Directional rebound of compound droplets on asymmetric self- grown tilted mushroom-like micropillars for anti-bacterial and anti-icing applications”為題，發表在國際著名期刊Chemical Engineering Journal上。制造學院青年教師楊益為論文的第一作者，制造學院李國強教授、中國科大胡衍雷教授為共同通訊作者。

液滴撞擊固體表面是自然界和工業應用中非常普遍的現象，其適當利用可以解決各種生物、環境和健康問題。目前在諸多研究領域已經取得了重大的進展，利用仿生幾何結構和潤濕性機制以實現液滴在固體表面上的定向彈跳現象已受到研究人員的廣泛關注。目前的研究主要集中在由水組成的液滴上，但自然界中的這些液滴大多以混合液滴的形式存在，其表面張力往往比水低。混合液滴在自清潔抗菌、農藥噴灑、防結冰和熱傳導等方面都具有重要的應用。然而，由于超疏水表面提供的突破壓力有限，實現混合液滴的定向彈跳仍然是一個挑戰。因此，設計和制造一種能夠實現混合液滴定向彈跳的結構化表面，理解混合液滴的擴散、飛濺和定向彈跳行為是至關重要的。

針對以上問題，該研究設計了一種新穎的傾斜蘑菇頭結構，可以定向引導混合液滴反彈到固定區域。該表面由傾斜的階梯蘑菇狀微柱組成，這些微柱是由飛秒激光誘導的不對稱自生長在不收縮聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）膠帶/可收縮聚苯乙烯（PS）雙層薄膜上制成的。通過激光掃描可以精確地調整蘑菇頭狀微柱的傾角和形貌。這種特殊的設計主要基于兩個主要原因：首先，受到彈尾魚表面的啟發，它可以在含油污水中自由呼吸數天，這種蘑菇狀結構的引入增加了液體滲透的能量屏障。第二，傾斜階梯式結構可以誘導液滴發生斜向準煎餅式彈跳，不僅可以減少液滴的彈跳時間，而且可以使液滴定向彈跳到固定區域。一系列的抗菌和防結冰實驗表明，混合液滴的可控反彈行為使其有望成為醫療和環境應用的合適方案。



圖1 飛秒激光在PET膠帶/PS雙層表面非對稱誘導自生長制備傾斜階梯蘑菇狀微柱



圖2 傾斜階梯蘑菇頭狀微柱在抗菌及防冰方面的應用

綜上所述，該研究為混合液滴的定向彈跳研究以及應用領域方面提供了一種全新的思路，在環境、健康、能源等應用領域具有重要的學術價值。審稿人認為這項工作提供了一種新穎的方法，通過對彈尾蟲結構的仿生研究，制作出的可引導混合液滴定向彈跳的傾斜階梯蘑菇狀微柱結構對于一些重要領域的應用具有一定的指導意義。

本課題將前沿的仿生設計理念與尖端的微納精密制造技術相結合，致力于防冰抗菌領域等難題的解決，選題體現了基礎研究面向環境能源等領域需求、堅持“問題導向”的原則，體現了材料學、力學、納米技術等多學科交叉、融合等特點和特色。

審核編輯：劉清