图1. 瓶子草
图2 . 液滴高速传输过程
在国家自然科学基金项目（项目编号：51725501、21431009）等资助下，北京航空航天大学陈华伟课题组与中国科学院理化研究所江雷院士等合作，在微纳仿生表界面动态效应机理研究方面取得重要进展。研究成果以“Ultrafast Water Harvesting and Transport in Hierarchical Microchannels”（多级微纳沟槽结构的超高速液滴收集与传输机制）为题，于2018年9月24日在Nature Materials（《自然•材料》）上发表。该研究发现并揭示了特殊高低棱微纳结构对液体超高速收集与传输原理。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-018-0171-9。
液体高速传输在机械、电子与新能源等领域具有极其重要的应用价值，如何提升液体收集或传输能力一直是重要研究课题。捕虫植物优异的湿滑机制引起研究团队关注，通过对瓶子草（学名：Sarracenia）盖子上绒毛表面微观结构特征深入系统的研究，首次发现了特殊的高低棱多级微纳沟槽结构，即相邻高棱间分布3~5个低棱（图1）。在这种特殊沟槽结构上，液体在表面干湿状态下会相继出现两种不同的输送模式。当多级微纳表面结构处于干燥状态时，液体传输主要依靠固-液接触产生的毛细力，此时液体传输模式与仙人掌刺、蜘蛛丝相类似，表现为大液滴移动方式，即传输模式I（图2a-c）。由于高低棱沟槽结构产生的毛细力呈梯度分布，传输模式I下的液体传输速度也不尽相同，呈现出快、慢速度梯度。而当结构润湿后，一层稳定的水膜会维持在表面上，降低三相接触线，避免后续液体与固体表面直接接触，显著降低后续液体传输阻力，加速后续液体传输，后续液体传输表现为在模式I中形成微纳液膜上的超高速铺展滑移模式，液体弯月面形状也由凹形变为凸型，即传输模式II（图2d-f）。
研究团队通过光刻技术制造出相应的仿生微纳结构，验证了微纳高低棱结构的高速液体传输性能，进一步揭示了高低棱多级微纳结构参数对超高速传输的影响规律，提出超高速输送高低棱结构仿生设计准则。研究成果可应用于机械电子、微流体芯片、高效散热结构、液体收集与海水淡化装置等亟需高速液体收集与传输的领域。