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【中國(guó)智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】幾乎沒(méi)有什么比石油泄漏更具環(huán)境破壞性的污染，并且后果在初的災(zāi)難之后將持續(xù)數(shù)年。盡管人類做出了大的努力，但泄露的石油都不容易清理，但大自然可能有一個(gè)解決方案，就像它為許多事情做的那樣。南加州大學(xué)的研究人員正在研究一種特定的葉片結(jié)構(gòu)，以制造一種大量制造的材料，比現(xiàn)在使用的材料更容易去除油分。
研究員開發(fā)出用于油水分離的3D打印仿生超疏水結(jié)構(gòu)
Salvinia molesta是一種原產(chǎn)于南美洲的浮蕨。它的葉子非常疏水，并且淹沒(méi)在水中時(shí)保留了一個(gè)空氣袋，這要?dú)w功于細(xì)小的防水毛發(fā)。
“我認(rèn)為植物表面超疏水的原因是因?yàn)樗钤谒嫔希枰諝馍妫?rdquo;博士后研究人員Yang Yang說(shuō)。“如果不是這種植物的長(zhǎng)期進(jìn)化，植物可能會(huì)被淹沒(méi)在水中并會(huì)死亡。”
在微觀層面上，葉子毛發(fā)的排列方式類似于打蛋器或拂子。研究人員利用沉浸式表面積聚3D打印(ISA 3D打印)的方法，使用塑料和碳納米管重新打造了這種打蛋器微觀結(jié)構(gòu)，稱為Salvinia效應(yīng)。其結(jié)果是一種高度疏水和親油或吸油的材料。這種組合可以使油和水有效分離。
副教授Yong Chen說(shuō)：”我們?cè)噲D創(chuàng)造出一種能夠?qū)⒂团c水分離的功能性表面紋理?；诖耍覀兺ㄟ^(guò)使用3D打印方法修改了材料表面，幫助我們獲得了一些有趣的表面特性。”
研究團(tuán)隊(duì)希望，終他們以3D打印為原型，可以在足夠大的規(guī)模上制造出來(lái)，用于分離海洋中的油和水。目前，該方法需要大量的電場(chǎng)或機(jī)械施加壓力的能量。
Salvinia效應(yīng)也可用于其他應(yīng)用，包括醫(yī)療應(yīng)用。它可以用于微滴操作，其中液體與機(jī)器人手臂的粘附力可以相應(yīng)地調(diào)整并導(dǎo)致微量液體的不丟失轉(zhuǎn)移。該技術(shù)可用于多種不同的應(yīng)用，包括基于微滴的微反應(yīng)器、納米顆粒合成、組織工程、藥物發(fā)現(xiàn)和藥物輸送監(jiān)測(cè)。
高性能微滴操縱的一種可能應(yīng)用是可以對(duì)患者進(jìn)行更有效的血液分析。機(jī)器人手爪可以移動(dòng)到不同的站點(diǎn)并分配血液微滴，然后將其與不同的化學(xué)品均勻混合以進(jìn)行測(cè)試。這些測(cè)試也可以設(shè)計(jì)用來(lái)控制化學(xué)品與液滴的比例，并可以保存原料和化學(xué)試劑。
“你可以用一個(gè)機(jī)器人手臂來(lái)模仿‘Salvinia效應(yīng)'，”博士生Xiangjia Li說(shuō)。“無(wú)論你用哪種方式移動(dòng)手臂，抓握力都非常大，以至于液滴會(huì)保持附著狀態(tài)。”
據(jù)悉，該研究已發(fā)表在題為“用于微滴操作和油/水分離的3D打印仿生超疏水結(jié)構(gòu)”的論文中，作者包括Yang Yang、Xiangjia Li、Xuan Zheng、Zeyu Chen、Qifa Zhu和Yong Chen。
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