3D打印制备仿生超疏水微结构

    ▲图一，仿生超疏水结构的设计，（a-c）SalviniaMolesta植物超疏水叶片上的打蛋器微结构示意图，（d）3D打印打蛋器微结构和平面结构的疏水性对比，（e）3D打印打蛋器微结构的SEM图

    经典的超疏水案例是具有莲花叶片效应的超疏水结构（Lotuseffect），水滴在叶片上形成完美的球形且易于滑落，这是由于叶片上具有微纳米尺寸的疏水性结构，该结构可以用于自清洁。另一个案例是可以吸附水滴的超疏水表面（“Salvinia效应”），该结构来源于SalviniaMolesta叶片上独特的打蛋器形状微结构，打蛋器的尖端具有亲水性结构，而其表面布满纳米状的超疏水结构。这样，空气可以长期保持在打蛋器形状内部，使得叶片表面与水可以隔离开，而保证了其长时间存活。然而，传统制造技术很难仿造出自然界中复杂的微结构，为了解决这一问题，南加州大学YongChen教授课题组采用‘沉浸表面累积三维打印工艺’（Immersedsurfaceaccumulationbased3DPrinting）（图二），制造出了仿生Salviniamolesta叶片的超疏水打蛋器微结构（图一）。    

    ▲图二，沉浸表面累积三维打印工艺（Immersedsurfaceaccumulationbased3DPrinting）示意图

    将多壁碳纳米管添加到光固化树脂中以增强微结构的表面粗糙度和机械强度。结果表明，3D打印的打蛋器微结构表面在超疏水和RosePetal效应方面表现出诸多有趣的性能。打蛋器表面与水滴的粘附力（从23微牛到55微牛）可以很容易地通过设计不同的臂数来调节（图三），可以作为‘微型机械手’来操控微液滴，例如无损转移，分离，反应混合以及三维细胞培养等（图四）。此外，该新型仿生结构可以用于油污的吸附和高效油水分离（图五）。该研究成果以‘3D-PrintedBiomimeticSuper-HydrophobicStructureforMicrodropletManipulationandOil/WaterSeparation’为题发表在AdvancedMaterials上。