液体定向自输运在能源、微流体、油水分离和水收集等领域都有重要的应用。常规的液体单向输运都需要通过外界能量的输入来打破液体流动的对称性和克服结构表面缺陷造成的钉扎效应。自然界中有许多动植物，如猪笼草、仙人掌、沙漠甲虫和蜥蜴等，它们可以巧妙地依靠自身表面的特殊微结构来控制液滴的定向运动，从而在恶劣的环境下生存。然而，实际工程应用情况复杂，涉及复杂界面和多相变过程。因此，如何开发能够超越大自然中存在的状况，并能在广谱温度场区间实现流体的定向、无源、自驱动、长距离输运的人工材料体系，是目前面临的主要挑战。
图149.4 由温度介导的下降弹跳
（a）接触沸腾状态下水滴撞击表面的代表性图像，T=380℃；（b）接触沸腾状态下水滴撞击表面的代表性图像，T=500℃；（c）接触沸腾状态下水滴撞击表面的代表性图像，T=580℃；（d）水滴对热板影响的相图，对于We＞1，观察到三个相：低温下接触沸腾状态、一个较高温度的莱顿弗罗斯特状态，在更高的温度下喷涂薄膜沸腾状态；（e）快照（下图）显示265℃下在非对称表面（上图）上We=19.3时撞击液滴的优先运动；（f）图像（下图）显示在高温下结构梯度微柱上液滴的定向弹跳；（g）-79℃下撞击固体二氧化碳的水滴图像（下图），由于固体二氧化碳的升华，形成蒸汽膜并导致液滴完全弹跳（上图）
为实现流体的长距离、定向、自驱动传输，我们引入了拓扑流体二极管的概念，如图149.5所示。设计独特的微纳米结构，减少一个方向的流阻，同时增加反方向的流阻，两者之间完美结合而互不干扰，实现了长距离的液体自驱动传输。该流体二极管突破了以往浸润梯度驱动的传输限制和不对称结构驱动的铺展速度限制，极大地提高了液体定向传输的效率。该流体二极管具有广泛的普遍性和稳定性，可以传输性质各异的液体（如低表面能液体和高黏性液体），可以沿着不同的路径传输，可以克服重力传输液体，甚至可以克服温度梯度传输。如此优越的性能使其在传热传质、多相流、水收集、液体传输、微流体、生物医药、电子冷却等领域有着巨大的应用前景。(www.xing528.com)
图149.5 流体二极管的设计和表征
（a）流体二极管的电子显微镜图片；（b）微结构的电子显微镜图片；（c）微结构上内沿的“蘑菇头”结构；（d）单个液滴在流体二极管上的单向传输；（e）不同性质液体在流体二极管上的传输机制；（f）处理后的不同性质液体在流体二极管上的传输机制
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