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研究人员探索了使用精心控制的液滴作为制作柔软仿生结构的方法

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-04-29浏览次数:629

房子漆上的突然出现通常会让人看到罐子的内部。但普林斯顿大学的研究人员已将目光转向盖子的下侧,液滴图案可以点燃一种制作小型显微镜结构的新方法。

诀窍是控制在重力和表面张力的竞争效应下形成的液滴。 10月26日出版的Nature Communications上发表的一项新研究解释了如何更深入地了解这些高度动态,有时不稳定的力,以便快速,低成本地制造通常需要更昂贵和耗时的工艺的物体。 “我们废除了模具,”普林斯顿大学化学与生物工程助理教授皮埃尔托马斯布伦说。 “我们不需要干净的房间或任何花哨的设备,因此工程师在设计过程中有更多的自由。”

研究小组使用了一种在医疗设备中常见的硅胶,将一层薄薄的液体倒在一块大小不一的盘子上,然后在胶片固化的同时将其翻转倒置几分钟。没有干预,液体有机硅凝胶凝结成不规则的液滴阵列 - 就像盖子下面的油漆一样。然而,通过用数学精确度对板进行蚀刻并对标记进行激光打标,研究人员将水滴“播放”成完美的六边形网格,每个网格都具有统一的尺寸。普林斯顿大学的博士后研究员Joel Matherlot是该论文的第一作者,他说:“Gravity想要将液体拉下来。”“毛细管力要求表面变形最小。因此,两种力量之间存在竞争,从而形成一种结构。长度比例。“

更复杂的实验版本使用离心机代替重力,这使得团队可以在不确定的范围内改变液滴的大小。在这个版本中,他们使用的塑料圆筒看起来像一个透明的圆盘,而不是一个盘子。多余的液体旋转并留下可预测的固化液滴图案。该技术可达到其机械极限,产生约10微米的结构晶格,这是人类头发宽度的一小部分。这些结构是模拟智能手机中常见的柔和镜头的原型。 “旋转速度越快,水滴就越小,”Marthelot说,并指出他们可以制造比以前更小的结构。 “我们真的不知道我们技术的局限性。只有离心机的极限。”

根据Brun的说法,导致这种行为的机械不稳定性经常被工程师视为克星。它们是确定重量负荷或热容量的物理阈值。 “在这种情况下,”他说,“我们利用通常被认为是坏的东西。我们驯服它并通过将其转变为制造路径使其发挥作用。“

研究人员表示,该技术可以很容易地扩展到大规模制造。随着他们的方法的发展,他们计划创造仿生装置,例如模仿昆虫眼睛的可充气复合透镜,或可用于医疗技术的软机器人。麻省理工学院数学副教授J?rn Dunkel说:“人们可以想象出各种潜在的未来应用,从减阻或超疏水表面到微透镜和人工睫状地毯。”除了Brun和Marthelot之外,另外两位研究人员为这项研究做出了贡献:Elizabeth Strong,曾任麻省理工学院的学生,现在是博士。科罗拉多大学博尔德分校候选人;和来自洛桑联邦理工学院的Pedro M. Reis。