近日，能动学院赵玉刚副教授指导硕士研究生蔡灏亭在《自然》（Nature）子刊《通讯材料》（Communications Materials）上发表题为“纳米蒺藜驱动下液滴的选择性捕捉和定向输运”（“Nanosized caltrops enable selective capture and directional maneuvering of water droplets”的研究论文。该研究论文报道了一种全新的二级纳米氧化铜结构：纳米蒺藜。该成果由能动学院张华教授、上海交通大学郑平院士和新加坡南洋理工大学杨纯教授共同指导完成，赵玉刚副教授为通讯作者，蔡灏亭为该论文第一作者，上海理工大学为第一单位。

纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构，可以构筑或组装表征多功能的纳米尺度的物质单元。本文采用两步法，结合等离子技术和化学氧化法，成功制备出一种受限生长的纳米蒺藜结构，展现出独特性质，可应用于多种工程领域。在亲水状态下，可应用于涂层技术、喷墨打印和薄膜制造；在疏水状态下可实现液滴的选择性捕捉和无损耗、无污染转移。该结构衍生出的复合表面具有可调节性和灵活性，可低成本加工复杂多样的图案化表面，有助于化学微反应器、生物检测、药物输送和微流控系统等技术的发展。论文中的纳米蒺藜是目前所有文献报道中尺寸最小的二级拓扑结构，有助于实现亚微米尺度的液滴调控技术。

现有的微纳级工程表面通常需要昂贵和精密的设备进行加工，近年来所报道的功能表面也朝着复杂化的理念进行设计，其经济性和鲁棒性对大批量投入生产是一种挑战，目前多数表面仅能展现单一的用途，限制了其应用领域。该论文发明的新结构不同于传统的超亲水-超疏水表面，产生的条纹复合表面具有离散化液滴的性质，同时巧妙利用等离子束的散射特性，可以使用单一模板来制备出多种图案，降低了制备成本，极大拓展了等离子技术在表面加工技术中的应用。

本研究得到了国家自然科学基金(52276079)、中央引导上海市地方科技发展基金(YDZX20213100003022)、上海市动力工程多相流与传热重点实验室项目( 23DZ2229030)的资助。

氧化铜纳米蒺藜结构制备流程、生长机制及表征

亲水和疏水状态下的液滴动力学

纳米蒺藜结构示意图和两种浸润模式

复合表面的多种应用

供稿：能动学院