Author Affiliations
Abstract
Carnivorous plants, for instance, Dionaea muscipula and Nepenthes pitcher plant, inspired the innovation of advanced stimuli-responsive actuators and lubricant-infused slippery surfaces, respectively. However, hybrid bionic devices that combine the active and passive prey trapping capabilities of the two kinds of carnivorous plants remain a challenge. Herein, we report a moisture responsive shape-morphing slippery surface that enables both moisture responsive shape-morphing and oil-lubricated water repellency for simultaneous active- and passive-droplet manipulation. The moisture deformable slippery surface is prepared by creating biomimetic microstructures on graphene oxide (GO) membrane via femtosecond laser direct writing and subsequent lubricating with a thin layer of oil on the laser structured reduced GO (LRGO) surface. The integration of a lubricant-infused slippery surface with an LRGO/GO bilayer actuator endows the actuator with droplet sliding ability and promotes the moisture deformation performance due to oil-enhanced water repellency of the inert layer (LRGO). Based on the shape-morphing slippery surface, we prepared a series of proof-of-concept actuators, including a moisture-response Dionaea muscipula actuator, a smart frog tongue, and a smart flower, demonstrating their versatility for active/passive trapping, droplet manipulation, and sensing.Carnivorous plants, for instance, Dionaea muscipula and Nepenthes pitcher plant, inspired the innovation of advanced stimuli-responsive actuators and lubricant-infused slippery surfaces, respectively. However, hybrid bionic devices that combine the active and passive prey trapping capabilities of the two kinds of carnivorous plants remain a challenge. Herein, we report a moisture responsive shape-morphing slippery surface that enables both moisture responsive shape-morphing and oil-lubricated water repellency for simultaneous active- and passive-droplet manipulation. The moisture deformable slippery surface is prepared by creating biomimetic microstructures on graphene oxide (GO) membrane via femtosecond laser direct writing and subsequent lubricating with a thin layer of oil on the laser structured reduced GO (LRGO) surface. The integration of a lubricant-infused slippery surface with an LRGO/GO bilayer actuator endows the actuator with droplet sliding ability and promotes the moisture deformation performance due to oil-enhanced water repellency of the inert layer (LRGO). Based on the shape-morphing slippery surface, we prepared a series of proof-of-concept actuators, including a moisture-response Dionaea muscipula actuator, a smart frog tongue, and a smart flower, demonstrating their versatility for active/passive trapping, droplet manipulation, and sensing.
femtosecond laser fabrication graphene oxide moisture responsive actuators slippery surface bionic devices 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(1): 210163
作者单位
摘要
1 吉林大学电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点实验室, 吉林 长春 130012
2 中国空气动力研究与发展中心, 结冰与防除冰重点实验室, 四川 绵阳 621000
受到自然界的猪笼草启发,超滑表面受到了许多关注。本文通过激光加工技术在石墨烯和聚偏氟乙烯的复合材料表面(G@PVDF)进行烧蚀,采用热旋涂法将石蜡材料均匀地填充于网格状沟槽内部。利用共聚焦显微镜(CLSM)和扫描电子显微镜(SEM)表征激光加工后沟槽的形貌与深度,利用UV3600以及红外热成像仪测试样品的光吸收以及光热特性。当复合材料表面未受到强光照射时,液滴“钉”在表面;由于石墨烯具有优异的光热转换能力,当复合材料表面受到强光照射时,复合材料表面吸收光能并产生热量使石蜡融化,液滴与表面由粗糙的气/液/固状态转变为光滑的气/液/润滑剂/固状态,液滴可在倾斜角约10°的状态滑动且无残留。另一方面,通过外界电压也能同样控制液滴的行为。研究结果对于智能化操控液滴有着重要的意义。

激光加工 石墨烯 超滑表面 浸润性 laser fabrication graphene slippery surface wettability 
光电工程
2022, 49(2): 210356
杨青 1,2成扬 1,2方政 1,2张嘉亮 2,3[ ... ]陈烽 2,3,*
作者单位
摘要
1 西安交通大学机械工程学院,陕西 西安 710049
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西 西安 710049
3 西安交通大学电子与信息工程学院,陕西省信息光子技术重点实验室,陕西 西安 710049
仿猪笼草的超滑表面由于可以抵抗多种液体的粘附,具有优异的稳定性与自修复性,受到越来越广泛的关注。而飞秒激光由于其对加工材料的普适性、高精度,以及高可控性,成为仿生超滑表面制备的有力手段。本文以仿猪笼草的超滑表面为背景,以飞秒激光微加工技术为手段。从超滑表面的飞秒激光微纳制备和应用两个方面,概述了超滑表面的微纳制造和应用。针对不同材料,通过对飞秒激光进行调控,实现了在聚合物、硬脆透明材料,以及金属上的超滑表面制备。制备的超滑表面可应用于液滴、气泡操控、生物抗凝、防污和防腐等领域。最后总结超滑表面所面临的挑战。

超滑表面 飞秒激光 微纳加工 血液相容性 超疏液 slippery surface femtosecond laser micro-nano manufacture hemocompatibility lyophobicity 
光电工程
2022, 49(1): 210326
吴思竹 1,2吕晓东 3李传宗 1,2张晨初 4,*[ ... ]吴东 6
作者单位
摘要
1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院,合肥230009
2 合肥工业大学 智能互联系统安徽省实验室,合肥30009
3 合肥工业大学 电气与自动化工程学院,合肥20009
4 合肥工业大学 工业与装备技术研究院,合肥230009
5 南通职业大学 机械工程学院,南通226000
6 中国科学技术大学 精密机械与精密仪器系,合肥230027
具有特殊浸润性的功能表面在生产生活中发挥着重要作用。同时,飞秒激光加工以其独特的优势,成为制备特殊浸润性功能表面的重要方式。本文通过自然界中生物表面微结构与实际应用的联系,讨论了飞秒激光制备多种微结构的方法,从“双面神”表面、智能响应超疏表面以及润滑表面等三个方面对基于飞秒激光制备特殊浸润性功能表面进行了总结。对飞秒激光在特殊浸润性功能表面制备的研究成果进行总结归纳,为未来飞秒激光在浸润性表面的研究、应用和发展提供参考。
飞秒激光 润湿性 微纳结构 超疏表面 润滑表面 Femtosecond laser Wettability Microstructure Surperhydrophobic surface Slippery surface 
光子学报
2021, 50(6): 15
方瑶 1,2雍佳乐 1,2霍静岚 1,2杨青 1,3,**[ ... ]陈烽 1,2,*
作者单位
摘要
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安交通大学电子与信息工程学院, 陕西省信息光子技术重点实验室, 陕西 西安 710049
3 西安交通大学机械工程学院, 陕西 西安 710049
仿生超滑表面由于能抗各种液体甚至动植物黏附,因而具有非常重要的研究价值和广泛的应用前景。飞秒激光微加工技术具有材料普适性强、加工精度高、可控性强等特点,在制备和调控特殊浸润性表面方面具有非常突出的优势。从仿生制造的角度出发,首先介绍了飞秒激光微加工在构建和控制超疏水表面、水下超疏油表面的相关研究进展,分析了其在实际应用中的局限和不足;概述了超滑表面的制备原则及飞秒激光制备超滑表面的工艺方法,系统地总结了飞秒激光制备的各类超滑表面,及其对多种液体和气泡的操控;介绍了超滑表面的一些典型应用;最后总结和讨论了飞秒激光制备超滑表面研究和应用中存在的问题及发展前景。
激光光学 飞秒激光 仿生 浸润性 液体灌注多孔滑动表面 超滑表面 
激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111413

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