哈工大帅永教授团队发表综述文章 为仿生结构毫流体领域提供重要参考

哈工大全媒体（张又元 谢明铸/文 谢明铸/图）近日，我校能源科学与工程学院帅永教授、王兆龙教授团队携手我校讲席教授、香港理工大学王钻开教授，对仿生结构毫流控的最新研究进展及其在多个前沿领域的应用前景进行了系统性总结，深入阐述了仿生结构设计原理、液滴被动与主动操控机制，以及该技术在雾水收集、热管理、生物医学等领域的广泛应用，为下一代智能流体操控系统与功能器件的开发提供了重要理论指导与实践参考。相关成果以《仿生结构毫流体：综述》（Bionic Structured Milli-fluidics: A Review）为题发表在《化学评论》（Chemical Reviews）上。

区别于微流体与宏观流体特征，仿生结构毫流体作为流体学与仿生学交叉融合的新兴领域，致力于在毫米尺度上实现对液滴运动、融合、分裂等行为的精确操控。该技术通过模仿自然界中具有独特表面结构的生物（如南洋杉叶片、仙人掌刺、蝴蝶翅膀等），结合表面润湿性梯度与外部能量场（光、热、电、磁、声等），构建具有定向输运、智能响应与多任务执行能力的流体界面系统。针对如何实现高效、可控且多功能的毫米级液滴操控这一核心挑战，文章系统梳理了被动操控（依赖仿生结构）与主动操控（依赖外部刺激）两类技术路径：在被动操控方面，通过设计非对称表面润湿性、几何梯度结构与各向异性拓扑，利用拉普拉斯压力差、毛细作用与表面能梯度驱动液滴自主运动；在主动操控方面，借助光热效应、电场调制、磁场响应与声场操控等外部激励，实现对液滴位置、形态与动力学的实时、可编程调控。

图1 仿生结构毫微流体技术发展历程

图2 代表性仿生结构毫流体

文章进一步总结了仿生结构毫流控在全天候雾水收集、液体图案化、热管理、油水分离、水面致动器、氢气制备、生物医学等新兴领域的应用，展现了其在解决能源、环境、健康等重大挑战中的潜力，不仅首次提出毫流体的概念，同时为研究者掌握先进毫米尺度液滴操控技术与设计仿生结构提供了系统参考，也为推动该领域向智能化、集成化、多功能化方向发展奠定了理论基础。

能源科学与工程学院谢明铸助理研究员为第一作者，帅永教授、王兆龙教授和王钻开教授为论文共同通讯作者。该研究获国家自然科学基金、重点研发计划等项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5c00662