折返或凹角結(jié)構(gòu)廣泛存在于甲蟲、蜘蛛、壁虎、豬籠草等生物表面，呈現(xiàn)出高度進(jìn)化的精致形狀，包括蘑菇頭、懸垂、梯形、球體、斜錐形、抹刀狀、尖銳邊緣等，同時賦予了多樣的表面功能，用于超疏水、黏附和定向流體導(dǎo)航。大自然如此神奇，相似的折返結(jié)構(gòu)可以造就多種功能表面。盡管結(jié)構(gòu)如此相似，仍需要合理設(shè)計折返結(jié)構(gòu)的參數(shù)，包括折返角、形狀、間距、直徑、厚度、銳度和各向異性，以及根據(jù)潤濕性和機(jī)械性能選擇合適材料，實現(xiàn)最優(yōu)的特定功能。例如，超疏水和流體導(dǎo)航更喜歡尖銳的折返結(jié)構(gòu)，以防止液體滲入折返結(jié)構(gòu)內(nèi)部；強(qiáng)黏附更關(guān)心折返結(jié)構(gòu)的接觸面積、厚度和多級層次，利于穩(wěn)定粘附在粗糙表面。因此，非常有必要闡明折返結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與宏觀表面潤濕和黏附之間的潛在關(guān)聯(lián)，指導(dǎo)折返結(jié)構(gòu)表面的優(yōu)化設(shè)計，獲取一種或多種最優(yōu)功能于一體。得益于這些優(yōu)越性能，自然啟發(fā)的折返結(jié)構(gòu)表面在各種應(yīng)用中開始嶄露頭角，包括自清潔、防污、防病毒、紡織品、微流控芯片、油水分離、太陽能蒸發(fā)、海水淡化、粘合劑、生物電子、傳感器、機(jī)械軟抓手和機(jī)器人等。
圖1 彈尾目蟲、壁虎、豬籠草啟發(fā)的折返結(jié)構(gòu)表面及其功能
圖2 超疏折返結(jié)構(gòu)表面：球形、倒梯形、單沿T形、雙沿T形、三沿T形，多級折返結(jié)構(gòu)
圖3 定向液體導(dǎo)航折返結(jié)構(gòu)表面：倒梯形、斜錐形、單沿T形、雙沿T形
圖4 黏附折返結(jié)構(gòu)表面：蘑菇頭形、多級蘑菇頭形、漏斗形、雙沿T形、折返結(jié)構(gòu)聯(lián)鎖、不對稱折返結(jié)構(gòu)
圖5 自然啟發(fā)的折返結(jié)構(gòu)表面的多功能應(yīng)用
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.101064
