Multi-Modal Droplet Manipulation on Laser-Patterned Stimulus-Responsive Gradient Surfaces: Enabling Anti-Gravity Climbing

材料科学 拓本 马朗戈尼效应 滑脱 润湿 磁滞 制作 接触角 微流控 拉普拉斯压力 楔形(几何) 攀登 电润湿 纳米技术 微通道 流量(数学) 曲面(拓扑) 复合材料 硅烷化 磁流变液 压力梯度 微尺度化学
作者
Kongbo Wang,Qibo Wang,Yongling Wu,Mingming Liu,Hongyu Zheng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (42): 58857-58873
标识
DOI:10.1021/acsami.5c13306
摘要

This study demonstrated laser-ablated fabrication of multigradient bionic superhydrophobic surfaces (MGBs) on the Fe3O4@PDMS membrane, integrating passive structural gradients and active stimuli-responsiveness for droplet manipulation. Inspired by lotus-leaf superhydrophobicity and cactus-spine directional transport, laser-patterned MGBs achieve superhydrophobicity (contact angle ≈ 156°) with wedge-step structures. Silicone-oil-infused MGBs enable surface wettability switching to superslippery states, forming a conformal lubricating film enabling liquid-liquid slippage (superslippery SMGBs) with minimal sliding resistance (sliding angle < 3°). The platform combined passive Laplace pressure gradients with active magnetic/near-infrared responses to achieve multimodal control: static mode wedge wettability gradients enabled autonomous transport (peak velocity of 87.75 mm/s) and magnetic actuation reduced friction resistance caused by contact angle hysteresis (Δθ = 10°) through an asymmetrical wedge design, enabling long-distance transport of droplets. NIR triggered Marangoni flow drove droplets to achieve antigravity climbing on a 43° inclined surface (at a speed of 0.24 mm/s). The platform adapted to curved/irregular surfaces and overcame traditional single-mode limitations by synergizing a bioinspired design with magnetic/photothermal stimulation for self-propelled, gravity-defying microfluidic operations.
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