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用一片“樹(shù)葉”，發(fā)了一篇一區TOP論文！

更新時(shí)間：2025-05-22點(diǎn)擊次數：138
跨介質(zhì)航行器具備在水下（面）和空中作業(yè)的能力，然而這類(lèi)航行器在作業(yè)時(shí)不得不面臨水的阻力和粘附問(wèn)題。以水陸兩棲飛機為例，當它在水面滑行時(shí)，流體阻力會(huì )嚴重限制其滑行速度；當飛機脫離水面時(shí)，水粘附在底部又形成極大的拖拽力，導致飛機的最大起飛重量難以進(jìn)一步提升。因此，減小飛機在滑行過(guò)程中的流體阻力和脫離過(guò)程中的水粘附是進(jìn)一步增加兩棲飛機起飛效率所面臨的挑戰之一。



超疏水技術(shù)為上述挑戰提供了一個(gè)理想的解決方案，其表面微納結構與低表面能相結合，使液體穩定地停留在微結構的頂部，形成低固—液接觸的Cassie-Baxter潤濕狀態(tài)，從而顯著(zhù)降低水的阻力和粘附力。然而，超疏水表面在深水和流體沖擊條件下難以維持其超疏水性，僅能承受0.03-2.3m的靜水壓力，一旦失去超疏水性，其減阻和低粘附性能都將丟失。

針對上述問(wèn)題，電子科技大學(xué)基礎與前沿研究院鄧旭教授、王德輝教授團隊觀(guān)察到水生植物大薸的葉片具有優(yōu)異的超疏水性，并展現出較好的抗水壓能力和低的固—液粘附，這一特性歸因于葉片絨毛狀微結構的自適應形變及其表面特別的內凹幾何特征。在水壓作用下，這些微結構會(huì )發(fā)生形變，通過(guò)增加固—液接觸面積來(lái)提升抗水壓能力；而內凹特征提高了微結構表面的臨界抗刺穿壓力，確保其在高水壓下進(jìn)入形變抗壓模式。同時(shí)，內凹幾何特征提高了微結構的形變閾值，可促進(jìn)高模量微結構形變響應，有利于形變后的氣層恢復，使固—液粘附力始終保持在較低水平?；谏鲜鲈?，研究團隊發(fā)展了仿生自適應超疏水表面的設計策略，其抗水壓性能提高了約183%，受壓后的粘附力降低了約80%。該項研究成果以“Superhydrophobicity with Self-Adaptive Water Pressure Resistance and Adhesion of Pistia stratiotes Leaf"為題發(fā)表在國際期刊《Advanced Materials》上。2022級博士研究生邵慧娟為論文第一作者，鄧旭教授和王德輝教授為論文的共同通訊作者，電子科技大學(xué)為論文第一單位。

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該超疏水表面結構是由摩方精密nanoArch® S140 （精度：10μm）3D打印系統打印模具后經(jīng)兩次PDMS翻模制備而成。這種自適應超疏水材料為進(jìn)一步提升兩棲飛機以及其他跨介質(zhì)航行器的作業(yè)性能提供了一種新的設計思路。

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圖1. 植物葉片表面優(yōu)異的疏水和抗水壓性能。

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圖2. 凹角結構與變形機制的協(xié)同作用。

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圖3. 仿生自適應超疏水材料的應用探究。