近日,安徽建筑大學(xué)特種裝備與極端制造科研團(tuán)隊在國際著名期刊《Nano Letters》(SCI一區(qū)TOP期刊,IF:9.6)上發(fā)表了題為“3D Self-Driven Underwater Aerofluidic Systems Woven with Femtosecond Laser-Structured Superhydrophobic Wires”的研究論文。該論文為團(tuán)隊近期連續(xù)發(fā)表的第二篇高水平論文,機(jī)電學(xué)院研究生梅新伶為該論文第一作者,青年教師彭玉斌博士為共同第一作者,姚燕生教授與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳東教授、雍佳樂副研究員為通訊作者。
圖1 在線發(fā)表論文頁面
近年來,微流控技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用,目前已有大量關(guān)于操控水下氣泡的研究報道,但是這些研究報道中的氣泡是作為一個整體被移動或轉(zhuǎn)移的,不能在微觀層面操控痕量氣體。鑒于二維氣流控系統(tǒng)存在的固有局限性,本論文作者提出了一種三維自驅(qū)動氣流控技術(shù)新策略,在304不銹鋼金屬絲上利用飛秒激光誘導(dǎo)表面微納結(jié)構(gòu),并通過烘箱進(jìn)行加熱處理制備了超疏水金屬絲,將中國傳統(tǒng)編織技術(shù)與超疏水金屬絲相結(jié)合,構(gòu)建出了三維水下氣流控系統(tǒng)。在水中,飛秒激光結(jié)構(gòu)化的超疏水不銹鋼金屬絲在水環(huán)境中會截留空氣,這為所設(shè)計的氣流控系統(tǒng)中的氣體傳輸提供了一個微尺度通道。由超疏水金屬絲編織而成的不同圓形區(qū)域上的氣泡,其拉普拉斯壓差能夠驅(qū)動氣體傳輸,使氣體在三維空間中沿著微尺度連接線自發(fā)流動。研究發(fā)現(xiàn),不同的水下氣流控系統(tǒng)只需相互接觸就能連接在一起,這樣各種單元就能輕松集成到一個多功能氣流控系統(tǒng)中。除了基本的按需氣體輸送功能外,通過這些集成系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)氣體分裂、氣體合并、氣體二極管功能以及多線/多氣體操作。
圖2 氣流控系統(tǒng)的三維自驅(qū)動氣體傳輸
本項(xiàng)研究所提出的三維氣流控技術(shù)將會在微檢測、微分析、高靈敏度傳感器、生物醫(yī)學(xué)工程和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域開辟一系列與痕量氣體相關(guān)的應(yīng)用,推動氣流控領(lǐng)域的發(fā)展。
圖3 本論文研究過程中取得的發(fā)明專利
近年來,安徽建筑大學(xué)特種裝備與極端制造科研團(tuán)隊與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高水平團(tuán)隊密切合作,在飛秒激光加工和氣、液、固三種形態(tài)物質(zhì)的微細(xì)操控領(lǐng)域發(fā)表高水平論文成果的同時,還取得了多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)發(fā)明專利,研究生培養(yǎng)質(zhì)量逐年提升。
新聞鏈接:https://www.ahjzu.edu.cn/2025/0402/c19a250445/page.htm
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