[发明专利]一种长距离自发定向传输液滴的仿生结构及其加工方法

说明书

本发明涉及领域，特别是一种长距离自发定向传输液滴的仿生结构及其加工方法。所述仿生结构包括至少两个锥形柱；所述锥形柱首尾相连并同轴排列形成条状的锥形刺；所述锥形刺的多个锥形柱的顶角和长度，沿着所述锥形刺的顶尖到底面的方向逐渐增大。使得在所述锥形刺的尖端的液滴始终能自发的向所述锥形刺的非尖端移动，在液滴传输过程中拉普拉斯力在不同的锥形柱上逐渐变小，但在所述锥形刺整体上大小是不断变化的，能够保证液滴在所述锥形刺上始终自发的向指定方向传输。所述加工方法巧妙利用电解条件和移动关系，将细微的金属丝可快速加工成具有多个锥形柱组成的特殊形状，即可精准的控制加工精度，大大的提高了加工效率和加工精度。

技术领域

本发明涉及领域，特别是一种长距离自发定向传输液滴的仿生结构及其加工方法。

背景技术

如何操纵微液滴并使其定向传输，具有重要的理论意义和实际应用价值。如从干燥的空气中收集水分，对于干旱地区具有关乎生存的重要意义；如通过定向控制微液滴冷却水的运动，对微电子元器件进行有效的散热以保证其高效工作，有着重要的意义；如操纵溶解着不同反应物的液体进行混合和反应，对于开发微流控器件具有关键性的意义。此外，如何尽可能地在较低能耗下实现定向输运，对于节约能源具有重要的意义。

目前，人类向自然界学习，发现了许多天然结构和天然材料具有自发性定向传输液滴的功能，如仙人掌刺、荷叶、蜘蛛网、海鸟的喙、沙漠甲壳虫背部、麦芒、蝴蝶翅膀表面、翼状猪笼草捕虫笼的内表面等。通过对这些神奇的自发性定向传输液滴现象的研究，科学家逐渐掌握了背后的机理，并开发出了一些具有同样功能的仿生智能材料。如效仿仙人掌刺收集水雾的机理，科学家开发出了人工仿生水雾收集装置，可收集多雾空气中的水分，有望解决水资源紧缺地区的难题；效仿蜘蛛网定向传输液滴的原理，科学家使用静电纺丝的方法制备了仿生蜘蛛网结构，可实现液滴的定向传输和收集，有望用到集水和微流控器件的场合；效仿麦芒张合定向控制液滴运动的现象，科学家开发了一种操纵液滴的开关，通过人为控制结构达到操纵液滴的目的，有望应用到微流控器件当中。因此，操纵液滴定向传输有着广泛的研究前景和应用价值。

模仿仙人掌刺和刺簇结构，现有技术中使用模板复制的方法制备仿生仙人掌刺结构，并对其进行集成，实现水雾收集的功能。它们使用的仿生仙人掌刺结构长度为1.5毫米，使用更长的仿生仙人掌刺结构，有望提高收集效率；现有技术中提出一种仿生雾气集水器，使用锥形铜丝、支架铜丝和半空心球组成雾气收集系统，其中锥形铜丝为模仿天然仙人掌刺的单节锥形结构，并进行了梯度润湿性处理。但是，用于自发性传输液滴的仿仙人掌刺结构的驱动力是与曲率(直径的倒数)成反比拉普拉斯压力差。当单节锥形结构的长度增加，其直径也会线性增加，使得传输液滴的驱动力拉普拉斯力会逐渐变小，从而无法继续在更大距离上传输微液滴。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种长距离自发定向传输液滴的仿生结构及其加工方法，对于改进现有仿仙人掌刺结构的有效工作范围和工作效率，拓展其应用范围具有重要的作用。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种长距离自发定向传输液滴的仿生结构，其包括至少两个锥形柱；所述锥形柱首尾相连并同轴排列形成条状的锥形刺。