超疏水表面在液滴傳輸、傳感器以及微流控等眾多領域展現(xiàn)出極大的應用潛力線上線下。目前發揮重要作用，絕大多數(shù)超疏水表面是構(gòu)建于剛性基板，或者變形程度較低的柔性基板之上數據顯示。但這類超疏水表面存在明顯缺陷高質量，一旦發(fā)生變形，其超疏水性能便難以維持記得牢，這一問題嚴重制約了超疏水表面從實驗室走向?qū)嶋H應用的進程註入了新的力量。與此同時，利用傳統(tǒng)方式制備超疏水表面更多可能性，所涉及的過程復雜且成本更高去創新，不利于大規(guī)模推廣應用≈匾?；谝陨犀F(xiàn)狀又進了一步，研發(fā)一種簡便易行且經(jīng)濟高效的制備工藝，用以生產(chǎn)能承受高度拉伸的超疏水膜多元化服務體系，已成為該領域亟待解決的關鍵問題新的力量。

近日，魯東大學陳雪葉教授團隊采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術結(jié)合模塑法便利性，設計制造了一種具有高拉伸PDMS/二甲基硅油超疏水薄膜(Pdoshtf)全面展示。該研究采用摩方精密nanoArch® P150（精度：25μm）3D打印設備與模塑法結(jié)合制備出具有高拉伸PDMS/二甲基硅油超疏水薄膜(Pdoshtf)。該制備方法不僅過程簡單深刻認識，而且成本較低核心技術。此外，研究團隊還通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡成功預測了PDMS/二甲基硅油薄膜最大拉伸率與PDMS預聚物A主動性、交聯(lián)劑B創造性、二甲基硅油不同配比的關系，得到配比為10:1:3.20道路。所制備的 Pdoshtf 表現(xiàn)出優(yōu)異的拉伸性能和超疏水穩(wěn)定性規模設備，斷裂拉伸率為 300%真諦所在。該薄膜在拉伸 250% 后，仍能保持優(yōu)異的超疏水性能競爭力。此外充分，落在 Pdoshtf 上的液滴會及時反彈，沒有任何殘留物集聚，顯示出優(yōu)異的超疏水特性競爭力。最后，團隊設計制備了一種由 Pdoshtf 和電磁系統(tǒng)組成的能量收集裝置狀況，該裝置可以通過液滴和反彈來收集雨滴的能量機製性梗阻。

相關成果以“Fabrication and energy collection of PDMS/ dimethylsilicone oil superhydrophobic high tensile film"為題發(fā)表在國際高水平期刊《Chemical Engineering Journal》上，魯東大學2022級研究生張培華同期、2024級研究生江潤鵬生產效率、2023級本科生李博源為共同第一作者，陳雪葉教授為通訊作者效果。

（1）通過3D打印模板法，結(jié)合硅烷化處理與二氧化硅納米顆粒涂層技術合規意識，制備PDMS/二甲基硅油超疏水高拉伸薄膜（圖1）密度增加。

（2）通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)化PDMS/硅油配比，預測薄膜最大拉伸率服務延伸。輸入層為預聚物共創輝煌、交聯(lián)劑、硅油比例進一步，輸出層為拉伸率大部分。基于190組正交實驗數(shù)據(jù)（140組訓練實際需求、50組測試）解決方案，模型預測結(jié)果與實際實驗的相關系數(shù) R2 達0.99，驗證了機器學習在材料設計中的可靠性善謀新篇。最終確定配比為10:1:3.20增產，拉伸率較普通PDMS提升275%。研究還發(fā)現(xiàn)方法，硅油含量過高會導致交聯(lián)網(wǎng)絡松散行動力，機械強度下降，凸顯了配比平衡的重要性（圖2）切實把製度。

（3）為了進一步研究影響拉伸性能與超疏水穩(wěn)定性關聯(lián)最深厚的底氣。研究團隊探究了微結(jié)構(gòu)參數(shù)（直徑、高度振奮起來、間隙）及拉伸應變對疏水性能的影響品質。當圓柱直徑600 μm、間隙700 μm時深入各系統，接觸角最大（153°）解決問題，滾動角（8°）。拉伸測試顯示作用，薄膜斷裂拉伸率達300%相互配合，遠超普通PDMS（80%）。在250%應變下著力增加，接觸角仍保持>150°智能化，歸因于微納結(jié)構(gòu)的彈性恢復能力。循環(huán)拉伸實驗（300次處理，100%應變）后接觸角無顯著下降建設，證明其耐久性（圖3）。

圖3. Pdoshtf 拉伸性能測試 a) 隨著微米級圓柱形結(jié)構(gòu)直徑的增加助力各行，Pdoshtf 的接觸角和滾動角發(fā)生變化; b) 高拉伸 PDMS/二甲基硅油超疏水膜的接觸角和滾動角隨微米級圓柱形結(jié)構(gòu)高度的增加而變化; c) Pdoshtf 的接觸角和滾動角隨微米級圓柱形結(jié)構(gòu)間隙的增加而變化 d) 液滴落在高拉伸 PDMS/二甲基硅油超疏水薄膜上的光學照片前來體驗，干燥液滴后，液滴呈球形; e) 落在應變范圍為 0% 至 200% 的 Pdoshtf 上的液滴的光學圖像; f) Pdoshtf 和普通 PDMS 薄膜的應力-應變曲線; g) 不同拉伸循環(huán)下 Pdoshtf 接觸角的變化; h) 不同應變條件下Pdoshtf接觸角的變化首要任務。

（4）通過高速攝像（10,000 fps）和COMSOL模擬綠色化，對比Pdoshf與普通薄膜的液滴動力學行為。直徑2 mm的液滴從1 cm高度跌落發展，Pdoshf表面液滴5.2 ms內(nèi)反彈保持穩定，而普通薄膜因黏附力滯留。韋伯數(shù)分析顯示面向，液滴動能越大支撐作用，最大鋪展直徑增加，反彈時間縮短效率。數(shù)值模擬結(jié)合Navier-Stokes方程與固體力學模型規模，驗證了薄膜壓縮位移與液滴動能的線性關系，為能量收集裝置設計提供參數(shù)優(yōu)化依據(jù)（圖4）講道理。

圖4. 液滴實驗和模擬 a) 液滴滴落在 Pdoshtf 和 PDMS/二甲基硅油膜上的過程; b) 不同韋伯數(shù)下液滴的最大擴散半徑和與表面分離的時間; c) 落在普通 PDMS 表面的液滴示意圖; d) 液滴落在普通 PDMS 表面的模擬結(jié)果; e） 不同半徑的液滴以不同的高度釋放到普通 PDMS 的表面發展目標奮鬥。

（5）通過Pdoshf設計了雨滴能量收集裝置。當雨滴沖擊薄膜時更多的合作機會，壓縮形變驅(qū)動下方線圈切割磁感線（磁場強度0.5 T）延伸，單次液滴（直徑2 mm，高度1 cm）可產(chǎn)生雙峰電流（峰值0.5 μA）。實驗表明新趨勢，液滴質(zhì)量反應能力、高度與電流強度正相關（如質(zhì)量增加50%，電流提升120%）學習。裝置采用玻璃罩保護結構重塑、銅線圈（匝數(shù)200）和電位計實時監(jiān)測，在模擬降雨環(huán)境（20滴/分鐘）下可持續(xù)輸出電能應用優勢。該設計為物聯(lián)網(wǎng)傳感器高質量發展、環(huán)境監(jiān)測設備提供了自供能解決方案，拓展了超疏水材料的應用場景（圖5）高效節能。

圖5. Pdoshtf 磁電發(fā)電機和產(chǎn)生的電流的示意圖; a) Pdoshtf 磁電發(fā)電機設計示意圖; b) Pdoshtf 磁場切割發(fā)電示意圖 c) Pdoshtf 物理裝置的 3D 圖紙和 2D 圖紙; d) 在液滴下落所需的時間內(nèi)產(chǎn)生電流的情況; e) 不同高度影響力範圍、速度、質(zhì)量和體積的液滴落在Pdoshtf上以產(chǎn)生電流條件新創新即將到來。

總結(jié)：

本文提出一種3D打印模板法制備高拉伸PDMS/二甲基硅油超疏水薄膜邁出了重要的一步，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡的到PDMS預聚物A、交聯(lián)劑B設施、二甲基硅油的配比為10:1:3.20積極拓展新的領域。通過此方法制備的薄膜具有優(yōu)異的拉伸性能和超疏水性能。此外性能，將高拉伸PDMS/二甲基硅油超疏水薄膜與磁鐵結(jié)合設計了一種能量收集裝置多種方式，在雨水發(fā)電領域具有應用前景。