城大發現調控液體流向方式 稱突破兩世紀難題

20210917
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城大從南洋杉葉獲得啟發,仿製出具有3D鋸齒的仿南洋杉表面原型。(受訪者提供)
香港城市大學的科學家從大自然中獲得啟發,發現調控不同液體在同一材料表面的流向方式,稱解開200年的謎題。該發現豐富了對固液表界面的認識,也將流體設計、強化傳熱等工業程序帶來突破。研究結果已於權威科學期刊《科學》上發表,題為「3D毛細鋸齒引發的液體自主擇向」。
由城大機械工程學系講座教授王鑽開教授領導的研究團隊,仿照南洋杉葉的自然結構設計出具有3D鋸齒的仿南洋杉表面原型,再在上面置放不同混合比例的酒精和水,因表面張力不同,液體分成「前、後、雙向」三個方向流動。
團隊發現鋸齒的結構與尺寸,特別是鋸齒尖端向內彎的鈎狀結構、鋸齒尖端之間的距離,均是控制液體流向的關鍵。例如水的表面張力高,液體就會固定在鋸齒尖端,而由於鋸齒尖端的間距與液體的毛細長度相若,液體可以逆鋸齒傾斜的方向向後倒流。相反,酒精的表面張力低,液體就會順着鋸齒傾斜的方向向前流動。可見適當設計新型的毛細鋸齒,能營造足夠空間令液體「選擇」流向。而水和酒精的混合液體,若恰當,會同時以雙向流動。
王教授表示,研究首次展示可控制液體傳輸方向,成功解開自1804年以來在表面與界面科學領域的難題。混合不同比例的水和乙醇,可得出不同表面張力的液體,由此可操控液體的流向。