綜述：增材制造中的液滴界面：從工藝到應(yīng)用

來源：Wiley工程世界

潤(rùn)濕性是固體表面的一種基本特征，對(duì)于植物和動(dòng)物來說，潤(rùn)濕性在它們與環(huán)境相互作用中發(fā)揮著重要作用。自然界中的生物已經(jīng)進(jìn)化出具有吸引力外觀和功能特性的表面結(jié)構(gòu)，以更好地適應(yīng)其生存環(huán)境。因此，通過模擬這些生物的結(jié)構(gòu)、組成、特性和功能來解決日常生活中的問題具有重要意義。例如，汽車擋風(fēng)玻璃、農(nóng)業(yè)大棚和太陽(yáng)能電池板表面的霧化大大降低了其透光能力，并對(duì)其功能產(chǎn)生不利影響。隨著越來越多類型的高性能表面被研究出來，對(duì)表面處理技術(shù)的需求也在快速增長(zhǎng)。目前制備高性能表面的方法包括電化學(xué)沉積、自組裝和納米光刻等，這些方法存在難以控制或需要復(fù)雜的化學(xué)處理等問題。相比而言，增材制造作為一種數(shù)字制造技術(shù)，具有高度的設(shè)計(jì)自由度和對(duì)各種類型材料的高度兼容性，為制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高性能表面的相關(guān)問題提供了很好的解決方案。

近期，電子科技大學(xué)張翼教授、張曉升教授、鄧旭教授及團(tuán)隊(duì)成員在《Droplet》期刊上發(fā)表題為“Droplet interface in additive manufacturing: From process to application”的綜述文章，從增材制造過程中的液滴界面現(xiàn)象和增材制造制備的液滴界面應(yīng)用兩個(gè)方面，系統(tǒng)性闡述了該領(lǐng)域的相關(guān)工作，討論了現(xiàn)有工作的局限性，并提出了未來研究的發(fā)展方向。

該綜述回顧了增材制造過程中的液滴界面現(xiàn)象和增材制造制備的液滴界面應(yīng)用（圖1）。一些增材制造方法需要精確控制液滴的界面特性，以確保打印產(chǎn)品的質(zhì)量（圖2）。增材制造由于其設(shè)計(jì)自由度高和制造靈活性好的特點(diǎn)在表界面應(yīng)用領(lǐng)域日益發(fā)揮著不可替代的作用（圖3）。最后作者對(duì)增材制造在液滴界面應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)提出了進(jìn)一步的展望：研究人員可以進(jìn)一步完善材料設(shè)計(jì)理論，建立一個(gè)專門的3D打印材料數(shù)據(jù)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)智能材料的開發(fā)和篩選。通過建立成分、工藝、微觀結(jié)構(gòu)和性能之間的聯(lián)系，可以根據(jù)元素材料的特性設(shè)計(jì)出具有理想界面性能的新型表面。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/dro2.57

圖1 增材制造中的液滴界面

圖2 光固化中的液滴界面（a）連續(xù)液膜約束的3D打��；（b）仿生低黏附用于連續(xù)3D打��；（c）單墨滴3D打印

圖3 增材制造在液滴輸運(yùn)中的應(yīng)用（a）仿南洋杉葉片結(jié)構(gòu)功能表面；（b）多仿生槽錐刺結(jié)構(gòu)；（c）多級(jí)微結(jié)構(gòu)仿生功能表面；（d）仿生麥芒分級(jí)系統(tǒng)；（e）磁性數(shù)字微流控結(jié)構(gòu)

作者簡(jiǎn)介
第一作者：孫鄭楠
電子科技大學(xué)
電子科技大學(xué)張翼教授課題組博士研究生，研究方向包括：增材制造、微納能源采集等。在Nature Communications, Chemical Society Reviews及The Journal of Physical Chemistry Letters等期刊發(fā)表論文。

通訊作者：張翼
電子科技大學(xué)
張翼，現(xiàn)任電子科技大學(xué)教授，國(guó)家級(jí)青年人才。2016-2021年任新加坡南洋理工大學(xué)機(jī)械與航天系助理教授，同時(shí)，受聘于中新國(guó)際聯(lián)合研究院、新加坡3D打印中心、NTU-HP數(shù)字制造聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、以及南洋量子科學(xué)工程中心。2013年在約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院獲得生物醫(yī)學(xué)工程博士學(xué)位，2007年在新加坡南洋理工大學(xué)獲得生物工程學(xué)士學(xué)位。2013-2015年在新加坡科研局(A*STAR)生物工程及納米技術(shù)研究所完成博士后，2015-2016年在同一單位擔(dān)任研究員。在Nature Medicine, Advanced Materials及ACS Nano等生物醫(yī)療、微納技術(shù)及增材制造領(lǐng)域的重要期刊發(fā)表論文80余篇，申請(qǐng)專利50余項(xiàng)，獲得多個(gè)國(guó)內(nèi)外獎(jiǎng)項(xiàng)。

通訊作者：張曉升
電子科技大學(xué)
張曉升，國(guó)家青年人才，電子科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。長(zhǎng)期在微納電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS/NEMS)領(lǐng)域開展研究工作，解決了微納電子器件系統(tǒng)的可控制造、可靠供能和集成一體化的若干難題。在國(guó)際學(xué)術(shù)刊物上共發(fā)表論文60余篇，論文已被SCI他引2700+次。在領(lǐng)域內(nèi)重要學(xué)術(shù)會(huì)議上作報(bào)告30余次，授權(quán)發(fā)明專利32項(xiàng)，受Springer和Wiley邀請(qǐng)出版英文專著3本，榮獲中國(guó)電子學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士學(xué)位論文等榮譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)20余項(xiàng)。受邀擔(dān)任TRANSDUCERS 2019和IEEE NEMS 2017-2021技術(shù)委員會(huì)(TPC)委員及分會(huì)主席。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、創(chuàng)新特區(qū)重點(diǎn)項(xiàng)目、省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、領(lǐng)軍電子企業(yè)技術(shù)合作研發(fā)等重要項(xiàng)目10余項(xiàng)。

通訊作者：鄧旭
電子科技大學(xué)
鄧旭教授，德國(guó)馬普高分子研究所博士，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校/美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室博士后研究員，現(xiàn)任電子科技大學(xué)教授，英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士(FRSC)，國(guó)家青年特聘專家。主要從事材料表面科學(xué)、表面物理化學(xué)等相關(guān)研究。擔(dān)任德國(guó)馬普學(xué)會(huì)國(guó)際伙伴小組組長(zhǎng)，中國(guó)化學(xué)會(huì)仿生材料化學(xué)委員會(huì)委員。以第一作者或通信作者在Nature, Science, Nature Materials, National Science Review, Physical Review Letter，Advanced Material, Angewandte Chemie等雜志發(fā)表文章80余篇。研究工作被引用7500余次。獲得中國(guó)、歐洲和美國(guó)授權(quán)發(fā)明專利31項(xiàng)。獲得中國(guó)十大科技新銳人物，中國(guó)化學(xué)會(huì)菁青化學(xué)新銳獎(jiǎng),四川省青年科技獎(jiǎng)，軍委科技委“創(chuàng)新杯”國(guó)防科技創(chuàng)新大賽新概念組一等獎(jiǎng)，化學(xué)化工與材料京博優(yōu)秀博士論文銀獎(jiǎng)（博士生導(dǎo)師）,中國(guó)膠體與界面化學(xué)優(yōu)秀青年學(xué)者獎(jiǎng)，德國(guó)洪堡基金會(huì)貝塞爾研究獎(jiǎng)。擔(dān)任National Science Review編委。