4月17日，能動學(xué)院碩士研究生姜芋鵬在導(dǎo)師趙玉剛副教授的指導(dǎo)下，在《細(xì)胞》（Cell）旗下期刊《細(xì)胞通訊·物理科學(xué)》（Cell Reports Physical Science）上發(fā)表“基于多變形納米流體液滴凝固的三維制備工藝”（Three-dimensional shaping strategy via solidifying polygonal nanofluid drops）的研究論文，并被選為當(dāng)期封面文章。研究生姜芋鵬為該論文第一作者，趙玉剛為通訊作者，該成果由上海理工大學(xué)能動學(xué)院張華教授、上海交通大學(xué)鄭平院士和新加坡南洋理工大學(xué)楊純教授共同指導(dǎo)完成，主要研究報(bào)道了一種全新的三維加工成型技術(shù)，通過調(diào)節(jié)納米流體液滴參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)成型。
該成果主要服務(wù)增材制造、注塑成型和光刻等三維加工工藝，可廣泛用于制造多用途材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的小型物體。但現(xiàn)有技術(shù)通常依賴于大型設(shè)備和復(fù)雜流程，因此，亟需一種新的三維結(jié)構(gòu)制造技術(shù)，保證結(jié)構(gòu)可靠的同時(shí)可以簡化制造流程，從而提高生產(chǎn)效率。由于液滴凝固具有靈活性和可調(diào)控性，現(xiàn)有研究通過調(diào)節(jié)表面形貌結(jié)構(gòu)或化學(xué)潤濕性，僅能實(shí)現(xiàn)二維平面上控制液滴形狀。
本文通過調(diào)控液滴凝固行為，首次實(shí)現(xiàn)了三維空間內(nèi)的形狀控制，并得出液滴三維無模成型的基本規(guī)律，將液滴形狀調(diào)控從二維層面轉(zhuǎn)向三維層面，為介微觀三維結(jié)構(gòu)的加工制造提供了一種全新方法。研究人員制備具有多邊形的雙浸潤性表面，通過固定納米流體液滴的接觸線，在低溫臺上觀察其凝固的過程，得到液滴高度和凝固后平臺形狀之間的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明：三角形接觸線固定的納米流體液滴，凝固后平臺形狀隨著高度的增加依次經(jīng)歷了三角形、六邊形、反三角和六邊形。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)對比表明，復(fù)雜約束表面上的液滴可以被看作是具有不同接觸半徑的接觸球，在給定液滴高度的情況下，會產(chǎn)生不同大小的頂部平臺，這些尺寸的變化將決定凝固后最終頂部平臺的形狀。研究引入了形變因子，以兩種機(jī)制描述隨高度變化的顆粒堆積、界面流動和平臺構(gòu)造的作用傳遞機(jī)制。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金（No.52276079）、空間探索實(shí)驗(yàn)計(jì)劃（批準(zhǔn)號TKTSPY-2020-01-01）、國家重點(diǎn)項(xiàng)目（批準(zhǔn)號2020YFF0303901）、上海市地方科技發(fā)展基金中央指導(dǎo)意見（YDZX20213100003022）的資助。
CRPS 期刊April 17封面和圖形摘要
雙浸潤性表面制備流程和液滴邊界限定狀態(tài)
隨高度增加頂部平臺的規(guī)律性變化
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.101904
供稿：能動學(xué)院
