新型微纤毛3 D流体二极管实现流体定向调控

新型微纤毛 3D 流体二极管实现流体定向调控

近日， 西安交通大学机械工程学院 副教授张辉团队提出了微纤毛3D流体二极管，通过在微管内构筑具有方向性的微纤毛结构，促进液体沿特定方向浸润，而在反向输运时受到明显阻滞。该研究成果发表在《先进功能材料》上。

毛细现象是微流体科学领域最基础、应用最广泛的经典流体效应之一。毛细现象能够实现液体自发爬升与渗透，但该效应的作用空间存在局限，其稳定发挥作用的尺度普遍在1毫米以内，一旦超出这一尺寸范围，毛细作用力会快速减弱。此外，液体毛细浸润方向固定单一，无法根据实际需求灵活调控浸润方向与液体输送路径，这极大地限制了毛细现象在流体定向输运场景中的应用。

微纤毛3D流体二极管。西安交通大学供图

团队提出的构型不仅实现了液体在毛细管的单向浸润，而且显著增加了毛细浸润作用的空间尺寸。研究进一步优化了纤毛排布与纤毛曲线，阐明了3D结构诱导流体单向输运的作用机制，并验证了其对多类液体均具有稳定的调控性能，这为微管道的流体引导设计提供了新的实现路径。

此外，3D流体二极管展现出了其在流体筛分和智能润滑表面设计中的应用潜力。将具有不同曲线造型的微纤毛结构布置于分支通道中，可使液体依据润湿性自主选择铺展路径，实现定向输运与流体筛分。将3D流体二极管垂直布置于摩擦界面，可持续将润滑油输送至接触区域，促进稳定油膜形成，从而降低摩擦磨损。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.75947

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主题：液体|毛细现象|微纤毛3D流体二极管