Nature Communications：精心控制液滴，制备柔软仿生结构
在房屋涂料上面突然出现通常会让人们看到罐子内部。但普林斯顿大学的研究人员已将目光向上转移到盖子的下方，在那里，液滴图案可以激发出制造显微镜小结构的新方法。
诀窍在于控制液滴，这些液滴在重力和表面张力等竞争影响下形成。10月26日发表在Nature Communications杂志上的一项新研究解释了如何更加深入地了解这些高度动态，有时不稳定的力量，以便廉价地快速制造通常需要更昂贵和耗时过程的物体。“我们已经废除了模具，”普林斯顿大学化学与生物工程助理教授，该研究的首席研究员皮埃尔 - 托马斯布伦说。“我们不需要洁净室或任何花哨的设备，因此工程师在设计过程中拥有更多自由。”
该团队使用医疗设备中常见的硅胶，在一块大小相当于光盘大小的盘子上倾倒一层薄薄的液体薄膜，然后在薄膜固化的同时翻转倒置几分钟。没有干预，液体硅胶凝结成不规则的液滴阵列 - 就像盖子下的油漆一样。但是，通过用数学精度蚀刻印版，用激光切割标记，研究人员将这些水滴“播种”成完美六边形的网格，每个网格都有一个统一的尺寸。普林斯顿大学的博士后研究员，论文的第一作者乔尔·马瑟洛特说：“重力想把液体拉下来。”“毛细管力要求表面最小变形。因此这两种力之间存在竞争，从而产生结构的长度尺度。”
更复杂的实验版本使用离心机代替重力，这使得团队可以在不确定的范围内改变液滴的大小。在这个版本中，他们使用的塑料圆筒看起来像透明的冰球，而不是板材。多余的液体旋转脱落并留下可预测的固化液滴图案。该技术可以达到其机械极限，产生的结构晶格大约为10微米，是人类头发宽度的一小部分。这些结构是原型，模拟了智能手机中常见部分的软镜头。“旋转的速度越快，水滴就越小，”Marthelot说道，并指出他们可以制造的结构比迄今为止的结构还要小。“我们真的不知道我们的技术极限。只有离心机的极限。”
根据Brun的说法，导致这种行为的机械不稳定性通常被工程师视为一种克星。它们是确定重量负荷或热容量的物理阈值。“在这种情况下，”他说，“我们利用了通常被视为糟糕的东西。我们驯服它并通过将其转变为制造的途径使其发挥作用。”
研究人员表示，该技术可以很容易地扩展到大规模制造。随着他们的方法的发展，他们计划创造仿生设备，如模仿昆虫眼睛的可充气复合镜片，或可用于医疗技术的软机器人。麻省理工学院数学副教授J?rnDunkel说：“人们可以设想一种广泛的潜在未来应用，从减阻或超疏水表面到微透镜和人工睫状地毯。”除了Brun和Marthelot之外，另外两位研究人员为这项研究做出了贡献：Elizabeth Strong，以前是麻省理工学院的学生，现在是博士。科罗拉多大学博尔德分校候选人;和洛桑联邦理工学院的Pedro M. Reis。
文章信息：https://www.nature.com/articles/s41467-018-06984-7
（文章来源:Sciencedaily 转载仅供参考学习及传递有用信息，版权归原作者所有，如侵犯权益，请联系删除）