近日，西南科大制造过程测试技术教育部重点实验室微纳仿生制造团队报道了一种针对多相有机液体分离与运输策略，研究成果以题目为“Ultrafast self-transportation and efficient separation of organic droplets on semi-conical asymmetric structure”发表于物理学科领域国际期刊Applied Physics Letters（Appl. Phys. Lett. 124, 161902, 2024 ）。该期刊由美国物理学会（AIP）出版的国际权威物理学期刊，为82种自然指数期刊之一，该期刊涵盖了广泛的物理学领域，包括材料科学、光学、电子学、凝聚态物理、应用物理等。我校青年教师杨益博士和硕士研究生邹秦锐为该成果的共同第一作者，李国强教授为通讯作者。

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在工业生产和环境保护的背景下，有机多相液滴的操控和分离一直是一项具有重大意义且富有挑战性的任务。有机液滴作为润滑剂、燃料或化工原料在工业生产中发挥着重要作用。传统的分离方法如萃取法、蒸馏法、色谱法、重结晶法以及膜分离法等已被用于有机混合液体的分离,但这些方法存在的能耗高、化学失效和结构堵塞等缺陷限制了其被广泛应用。此外，这些传统方法往往会伴随大量二氧化碳的排放，这与我国倡导的“碳中和”绿色发展的理念相悖。因此，开发一种高效、低耗且环境友好的有机混合液体绿色分离技术，成为能源开发、环境保护和公共健康等领域面临的重要挑战。

针对有机混合液体高效精准分离这一急需解决的难题，研究团队设计并构建了一种新型的半锥形非对称结构（SCAS）。这种结构将锥形结构和各向异性的微凹槽结构相结合，展示了对有机液体出色的定向自传输性能。研究结果表明，SCAS的最大传输速度达到305.6毫米/秒，与传统锥形结构、带凹槽的鱼刺结构以及圆柱结构相比，SCAS表现出优异的运输性能，运输速度是传统锥形结构的1.8倍。通过构建表面结构参数与液滴运输速度之间的物理模型，阐明了在耦合液滴表面能差异和流体二极管单向驱动力作用下的混液中各组分的“差速式”输运和定向输运的规律，实现了多组分混液中以各组分高效精准分离为例的液滴高性能操控，其分离效率达到了98%。同时，SCAS具有良好的稳定性和持续的运输性能，在5个周期内（一个周期7天）运输速率未见明显下降，该性能使其能够在实际应用中保持高效连续的液滴运输。这一发现为以高效精准油水分离为典型代表的高性能液滴操控的广泛应用提供了支撑。

微纳仿生制造团队一直致力于将“源于自然，高于自然”的前沿仿生设计理念与先进微纳精密制造技术相结合，围绕能源、环境和健康领域对高性能微滴操控器件攻坚克难，构筑策略。近年来，该团队报道了一系列关于微纳制造及应用方面的研究成果，包括基于“模式切换”策略的janus膜（Nat. Commun., 2024, 15, 1443）；具有不对称孔隙率和减阻特性的高性能马兰戈尼水凝胶转子（Nat. Commun., 2023, 14, 1928）；水平振动模式高性能微滴定向驱动（Adv. Mater., 2020, 32, 2005039）；复杂环境下低表面张力液体的精准高效操控（Adv. Funct. Mater., 2022, 32, 2201035）；飞秒激光诱导蘑菇头状微柱超快自生长（Nano Lett., 2021, 21, 9301-9309）；高性能液滴操控（Nano-Micro Lett., 2022, 14, 97）和高性能液态金属电磁驱动器（IJEM, 2021, 6, 025503）。

来源：高分子科学前沿

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