香港訊 10月4日，本報記者從香港大學獲悉，香港大學機械工程系的研究人員在液滴操縱方面取得重要突破，他們發(fā)現(xiàn)，液滴在無外力或能量供給的情況下，可在晶體的光滑均質(zhì)表面上，自動滑行一段長距離。這是科學界首次發(fā)現(xiàn)液滴在壓晶體管的表面上，可自動并定向地運動，對液滴操縱傳輸?shù)囊饬x重大。

由港大機械工程系香港研究資助局博士后研究員唐欣，博士后研究員李威及熱流科學與工程講座教授王立秋組成的研究團隊，在室溫下，如果把一個冷、熱或揮發(fā)性液滴，滴落在壓電單晶鈮酸鋰的平滑表面上，液滴即自發(fā)地沿直線移動一段長至50倍于液滴半徑的距離。而因著晶體的不同切割面所形成的平面，液滴可以分作單向、雙分叉、甚至三分叉方向行走。

這項發(fā)現(xiàn)已在學術(shù)期刊Nature Nanotechnology中一篇題為“Furcated Droplet Motility on Crystalline Surfaces” 的論文發(fā)表。

王立秋教授說：“液滴只要與接觸的晶體平面有大約5攝氏度的溫和溫差，就能自行驅(qū)動。想象一下在光滑水平的桌面放置一個小球，這個小球不是保持靜止狀態(tài)，而是自己滾動，并沿著某幾個特定方向行走。這是一個出乎意料的現(xiàn)象，在科研和應用上有豐厚潛力。液滴在固體平面上的定向、持續(xù)自運動對于熱管理、海水淡化、材料自動遞送等諸多領(lǐng)域都有重要意義?！?/p>

傳統(tǒng)的液滴傳輸方法，是通過在固體表面上制造化學潤濕梯度或各向異性物理結(jié)構(gòu)來精確輸運液體。這種方法就好像在固體表面制作一個傳送帶用以輸運小球。今次是首次發(fā)現(xiàn)鈮酸鋰平面在液滴溫差下會產(chǎn)生電能，推動液滴流動。

壓電單晶一般在受壓的情況下會產(chǎn)生電能。研究人員發(fā)現(xiàn)，鈮酸鋰這種晶面上液滴的定向運動是由跨尺度的熱壓電耦合所驅(qū)動。這現(xiàn)象源于晶體內(nèi)部各向異性的原子排布結(jié)構(gòu)。

簡單說來，壓電單晶光滑均質(zhì)表面的原子以一種特殊方式排列，帶著溫差的液滴，令晶體膨脹或收縮受壓，激發(fā)出電場，以此驅(qū)動液滴朝固定方向運動，而運動的方向，則取決于壓電單晶材料的切割角度。

“我們的研究，為實現(xiàn)液滴在光滑均質(zhì)表面上作自動、可控和定向輸運，提供了新穎和有效的解決方案，有助解決一些長期在熱管理等方面的難題，例如器件抗結(jié)冰，除霜以及潮濕環(huán)境下的防霧系統(tǒng)等，提供全新的應對思路。”唐欣博士表示。

當液滴接觸過冷的表面時，例如低溫機翼及電纜，液滴會實時凍結(jié)在表面上。液體自驅(qū)能及時移除凝結(jié)液滴以顯著提升凝結(jié)換熱效能?？梢韵胂螅斠旱谓佑|壓晶體表面，實時激發(fā)產(chǎn)生的電場會擾動凝結(jié)的液滴令結(jié)冰過程減慢，以此降低界面粘附力并推遲冰霜積聚，達至抗結(jié)冰和除霜的效果。

在太空微重力環(huán)境下，積聚凝結(jié)的液滴無法通過重力牽引或移除，液體自驅(qū)其不需外力引動的特性，對于太空應用尤其有吸引力。

此外，叉狀的液滴運動路線可通過施加特定微擾動，例如微電場等，以人工選擇移動的方向。這樣晶體表面可作為平面雙向或三向閥，構(gòu)建出復雜的液滴通路，用以輸運包含著訊息、化學或生物物質(zhì)的液滴載體。

“顯然這項液體控制技術(shù)能適用于多種液體，而除了鈮酸鋰，其他的壓晶體管類型也有待開發(fā)，因而能夠為未來相關(guān)新材料及技術(shù)的發(fā)展帶來許多機遇?！崩钔┦空f。

（《中國基建報》記者 LindaWong 報道）