摘要: 微升尺度液滴操控技术在水资源收集、超高精度分子传感、高通量细胞筛选等领域具有重要应用价值。仿猪笼草口缘区超滑表面微纳结构可固着稳态润滑液膜，表面液滴与润滑液膜构成液-液界面的滑移阻力低且具有自愈合特性，因此近年备受液滴操控领域的关注... 展开 微升尺度液滴操控技术在水资源收集、超高精度分子传感、高通量细胞筛选等领域具有重要应用价值。仿猪笼草口缘区超滑表面微纳结构可固着稳态润滑液膜，表面液滴与润滑液膜构成液-液界面的滑移阻力低且具有自愈合特性，因此近年备受液滴操控领域的关注。虽然国内外研究学者已制备出多种超滑表面，但由于超滑表面润湿性（液滴接触角和滑移阻力）难以精确调控，因此超滑表面液滴操控灵活性远不达实际应用需求。 本文将具有液滴导向作用的水稻叶亚毫米沟槽、具有汲水功能的滨鸟楔形喙等结构与超滑表面结合，设计出仿生结构拓扑超滑表面来精确控制液-液界面形态和滑移特性，进而实现液滴存贮、传输和混合等操控，并探索出可实现大面积制备的激光-化学联合加工工艺，为推进液滴操控在能源收集和微流体等领域的实际应用提供理论和技术基础。主要研究内容和结论如下： （1）采用激光铣削加工亚毫米沟槽、碱性氧化构建纳米草结构、氟硅烷乙醇溶液浸泡降低表面能等工艺在铜基底上制备出具有仿水稻叶亚毫米拓扑的微纳超疏水表面，并通过润滑油浸润形成稳态润滑液膜获得沟槽拓扑超滑表面。研究了表面液滴滑移特性，结果表明：表面液滴形成了独特的各向异性超滑Wenzel润湿态，液滴在平行沟槽和垂直沟槽方向滑移阻力表现出显著各向异性，各向异性滑移阻力达109.8μN，是天然水稻叶的27倍，可实现超快、精密微流体定向传输。 （2）结合滨鸟的楔形喙结构制备出楔形拓扑超滑表面，利用“边界效应”挤压液滴，使其产生内拉普拉斯压差，实现平面上连续液滴自驱动传输；实验与理论分析表明：平面楔形图案的开口角越小，液滴的自驱动速度越快。 （3）针对楔形拓扑超滑表面液滴自驱动距离有限问题，自主搭建平台以上、下超滑表面构建仿滨鸟喙三维楔形空间，通过可变楔形空间张角和距离实现液滴无损高速的长距离自驱动传输与混合，最大传输速度可达12.2 mm·s-1，最大传输距离可达75 mm，并引入Navier-Stokes方程分析液滴受力，结果表明：楔形空间张角越大，楔形空间距离越小，液滴自驱动速度越快。 收起