結構化表面通過界面能實現(xiàn)無外部力驅動的定向液體操控自動化方案，在微流控不斷進步、綠色能源和生物醫(yī)學等領域中展現(xiàn)出巨大的應用潛力。雖然固體表面與液體之間的界面能相互作用對液體操控至關重要效率，但目前對如何平衡液固界面能以影響多樣化液體行為的系統(tǒng)理解仍然不足更加廣闊。這種理論研究的滯后性限制了高效液體操控系統(tǒng)的設計和優(yōu)化能力。因此講故事，對其深入研究具有重要的理論指導和實際應用意義非常完善。

近日，香港大學機械工程系的Alan C. H. Tsang教授團隊通過曲率棘輪表面作為示例全面革新，揭示了精細液固界面能調控下的復雜定向液體動力學作用。團隊使用摩方精密microArch® S240（精度：10 μm）3D打印系統(tǒng)制備了結構化表面情況正常。曲率和傾斜的雙重特征調節(jié)了拉普拉斯壓力的不對稱性，從而實現(xiàn)了定向技術特點、雙向和反向的靈活液體操控（圖1）提高鍛煉。這些過程可以通過控制固體表面的自由能和液體的表面張力進行調節(jié)，其比率被定義為一個新的無量綱數(shù)ζ凝聚力量，用以表征液固界面能關系有所提升。研究發(fā)現(xiàn)，當ζ ～ 1時新的力量，液體控制達到平衡先進水平，這種狀態(tài)能夠促進多種液體行為。通過匹配界面結構設計和適當?shù)囊汗探缑婺荜P系（即ζ值）全面展示，能有效推動智能液體操控概念的實現(xiàn)重要平臺。這一新準則也啟發(fā)了一種基于液體的信息加密技術，其中液體僅在特定的ζ值區(qū)間內核心技術，才能在預編程的結構表面上顯示正確的信息應用提升，從而進一步拓寬了相關應用領域的邊界。

相關研究以“Smart Directional Liquid Manipulation on Curvature-Ratchet Surfaces"為題發(fā)表在學術期刊《ACS Nano》上創造性，香港大學機械系博士研究生苗佳麒為本文作者發展的關鍵，Alan C. H. Tsang教授為本文通訊作者，香港大學為該論文的通信單位規模設備。

圖2揭示了基于結構化表面的定向液體動力學調控機制，并探討了結構參數(shù)對不同表面張力液體行為的影響十分落實。

研究人員通過對結構化表面進行親水/疏水處理，探討了液固界面能關系對液體行為的影響設施，并將表面對液體行為的控制分為三類：過度控制（ζ ? 1）需求、平衡態(tài)（ζ ～ 1）和控制不足（ζ ? 1）。在平衡態(tài)下組合運用，液固界面能系統(tǒng)保持相對均衡更讓我明白了，這有助于結合表面結構設計，實現(xiàn)多樣化的智能液體操控（圖3）積極。

為了展示綜合考慮表面結構設計與液固界面能關系所促進的智能液體操控新認知，研究人員采用了三類不用的表面設計產業，展示了豐富的液體行為滿意度，包括扇形擴散、梯度間隔誘導的重定向和往復換向傳輸（圖4）可持續。無一例外地主要抓手，這些行為的出現(xiàn)都基于特定結構與合適液固界面能關系（即ζ值）的匹配體製。

研究團隊基于提出的智能液體操控概念創新科技，拓展了基于液體的信息加密技術（圖5）服務延伸。具體而言，信息被編碼在結構化設計中具有重要意義，而匹配的液固界面能關系（ζ值）則作為解密的鑰匙進一步，用于解碼不同的信息（如數(shù)字、圖案等）強大的功能。

在這項工作中，研究人員捕捉到了由于液固界面能系統(tǒng)的細微變化而引起的相同表面設計下不同的液體動力學預期。這一發(fā)現(xiàn)有望解決長期以來對固定表面上單調液體行為的批評敢於監督，增強其作為解決未來實際應用挑戰(zhàn)的可行性幅度。研究確定的平衡控制區(qū)間（ζ ～ 1）適用于在三維表面形貌上的液體操控（如本研究所討論的曲率棘輪表面）結構。而在引導具有多級結構的超親水表面上的二維液體操控時，ζ ? 1可能也是合適的控制區(qū)間貢獻；在異質超疏水結構表面上規模最大，ζ ? 1區(qū)間將有助于操控液滴的彈跳行為，以確保極低的表面自由能不會阻礙預期的液滴彈跳統籌。此外最深厚的底氣，考慮到具有異常潤濕特性的表面時（如同時具有親水和疏油特性），僅依賴ζ作為標準似乎不足單產提升。這些復雜性問題表明傳遞，當前亟需發(fā)展一套普適性的智能液體操控理論體系，以應對多樣化應用場景的需求勞動精神。