仿生工程是一个激动人心的多学科交叉研究领域,生物感知的功能转移,在历史上改变了我们的生活方式,并将在未来继续引领科学和技术各个方面的创新。事实上,数百万年的进化使得生物世界成为一个开放、友好和强大的实验室,供人类学习和模仿。通过借鉴自然界中各种动植物的特性,研究人员和工程师正在开发具有新功能水平的人造材料,包括轻质坚韧材料、超级黏合剂,以及新的生物医学组织的光学成像技术。在仿生工程的核心,仿生界面材料具有增强的液滴迁移特性,对于广泛的工业应用,如节能、绿色环境和医疗保健,具有重要意义。由于高速成像和纳米技术取得了令人振奋的进展,该领域在过去几十年里出现了复兴。值得注意的是,在科学中排名前10位的“睡美人”中,有3位被认为长期冬眠期的文章,其引用量突然飙升,均与生物仿生界面材料有关。目前,具有增强液体排斥性能的仿生界面材料可以由任何类型的材料制成,包括硅、聚合物、金属等。尽管取得了显著的进展,但这些人造材料在可扩展性、稳定性和可靠性方面尚未达到成熟水平,并且由于工作环境的复杂性,它们在工业环境中的应用仍然有限。因此,开发具有复杂输运特性(流体动力学或热流体)的稳定材料,以及增进对相关物理现象的基本理解,将对科学、经济和社会产生至关重要的影响。
本文中我们将把注意力集中在最近在荷叶效应和猪笼草效应激发下具有增强的落差流动性的人工表面工程方面的进展。我们将回顾相关物理基础和这些界面中动态相互作用的基础,包括液滴扩散、回缩和弹跳,以及液滴成核、聚结和跳跃。我们还描述了如何通过控制表面粗糙度、浸润性和环境条件来促进液滴流动性。此外,将讨论用于冷凝和防冰的各种仿生界面材料的最新进展。最后,还简要总结了对这一研究领域未来发展的个人看法。(www.xing528.com)
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