折返或凹角結構廣泛存在于甲蟲、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、黏附和定向流體導航。大自然如此神奇，相似的折返結構可以造就多種功能表面。盡管結構如此相似，仍需要合理設計折返結構的參數(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，超疏水和流體導航更喜歡尖銳的折返結構，以防止液體滲入折返結構內(nèi)部；強黏附更關心折返結構的接觸面積、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構的結構參數(shù)與宏觀表面潤濕和黏附之間的潛在關聯(lián)，指導折返結構表面的優(yōu)化設計，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)的折返結構表面在各種應用中開始嶄露頭角，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、機械軟抓手和機器人等。
圖1 彈尾目蟲、壁虎、豬籠草啟發(fā)的折返結構表面及其功能
圖2 超疏折返結構表面：球形、倒梯形、單沿T形、雙沿T形、三沿T形，多級折返結構
圖3 定向液體導航折返結構表面：倒梯形、斜錐形、單沿T形、雙沿T形
圖4 黏附折返結構表面：蘑菇頭形、多級蘑菇頭形、漏斗形、雙沿T形、折返結構聯(lián)鎖、不對稱折返結構
圖5 自然啟發(fā)的折返結構表面的多功能應用
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2022.101064
