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微流体技术的创新利器——揭秘微纳3D打印的神奇力量!

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2024/12/23 10:52:54

在自然界的潮起潮落、河流蜿蜒的法则中,孕育了丰富多样的流体现象。在漫长的自然演变中,人类不断钻研流体的行为与属性,探究其在自然界中的流动路径、能量转换和相互作用。借鉴流体的流动特性、能量传递和形态变化,人类创造出了众多既复杂又高效的流体技术,流体力学因此蓬勃发展。

微流体技术是一种在微米级别操纵流体的技术,通过微通道中的特殊流体行为,如层流,实现了对微小流体量的精确控制。该领域的研究成果,不仅催生了价值数十亿美元的市场,也在医疗诊断、实验室芯片、航空航天、能源工程等领域展现出巨大潜力。

当前,微流体技术的研究焦点集中在两个方面:一是将微流体原理融入现有产品,提升其性能;二是开发新型的大规模集成微流体平台,旨在降低成本,提高生产效率。

利用3D打印技术的创新潜力,目前已能设计并生产出结构复杂、功能增强的微流体器件。该技术使得微流体器件的研发不断向微型化和集成化方向迈进,实现了技术层面的重大突破。接下来,一起看看3D打印技术赋能微流体疏水结构制备的应用案例,共寻未来发展趋势的潜在路径。

磁响应微结构

北京理工大学、西北工业大学、浙江大学研究团队开发了一种采用具有可逆变形的磁响应微鳍(MRS)进行除冰的有前途的策略,展示了一种由不均匀变形导致的冰粘附界面局部破坏引起的新型微尺度铲冰效应,并研究了其对冰粒径和温度的依赖性。

研究中的柔性分子刷是先利用摩方精密nanoArch® S140 (精度:10 μm)3D打印系统设计和制造了原始模具,然后经PDMS翻模和磁化处理后制备而成。本研究提出的无需耗能加热的原位除冰解决方案为进一步开发高效可靠的飞机、风力涡轮机和电力传输除冰解决方案提供了一种思路。

DOI:10.1002/advs.202408594

仿金鱼草网格结构

湖南大学王兆龙课题组研发了一种外表面超亲水和内表面疏水的多孔仿生微结构,其不同接湿润性产生的拉普拉斯力保证了多孔仿生微结构的液体单向性能。

该研究利用摩方精密nanoArch® S140(精度:10 μm)3D打印系统制备了原样品,展示了多孔仿生微结构在水下厌氧化学反应的潜在应用,为水下化学和微流体工程的潜在应用提供了更多可能。

DOI:10.1021/acsami.1c24332

仿松针多级非对称结构

受松针表面多级非对称结构启发,大连理工大学冯诗乐副教授,使用摩方精密面投影微立体光刻(PμSL) 3D打印技术(nanoArch® S140,精度:10 μm),制备了仿松针多级非对称结构表面,实现了快速、长程的液滴自发定向输运。

该研究揭示了液滴从平面向曲面运动的机理,证明了非对称结构诱导的顶端效应普遍适用于各种尺度的液滴。

DOI:10.1126/sciadv.abb4540

蘑菇状柔性超疏水仿生微结构

上海交大机械与动力工程学院胡松涛副教授课题组设计并制备了具备机械强度的柔性超疏水仿生微结构,兼具抗液性与耐磨性。

研究团队采用光学精度为10 μm的nanoArch® S140 3D打印系统高效、精准地实现了蘑菇状超疏水仿生微结构制备。该研究成果在机械装备抗液防冰等领域具有重要的应用前景。

DOI:10.1021/acsami.1c10157

尽管微流体技术在众多领域展现出巨大的应用潜力,但其发展仍面临着多重挑战。首先,技术的商业化转化存在难度,这主要是由于微流体技术的复杂性和市场接受度的不确定性所导致。其次,研发成本的高昂成为制约其快速发展的一个重要因素,这不仅包括设备投入,还包括人才培养和科研成本。

摩方精密凭借其微纳3D打印技术,实现了优异的精度和公差控制,并在这一过程中积累了深厚的专业知识和强大的技术实力。未来,摩方精密将持续不断促进微流体技术向更高级别迈进,与不同学科领域的进行深度合作,为推动相关行业的创新与升级不懈努力。


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