综述：增材制造中的液滴界面：从工艺到应用

来源：Wiley工程世界

润湿性是固体表面的一种基本特征，对于植物和动物来说，润湿性在它们与环境相互作用中发挥着重要作用。自然界中的生物已经进化出具有吸引力外观和功能特性的表面结构，以更好地适应其生存环境。因此，通过模拟这些生物的结构、组成、特性和功能来解决日常生活中的问题具有重要意义。例如，汽车挡风玻璃、农业大棚和太阳能电池板表面的雾化大大降低了其透光能力，并对其功能产生不利影响。随着越来越多类型的高性能表面被研究出来，对表面处理技术的需求也在快速增长。目前制备高性能表面的方法包括电化学沉积、自组装和纳米光刻等，这些方法存在难以控制或需要复杂的化学处理等问题。相比而言，增材制造作为一种数字制造技术，具有高度的设计自由度和对各种类型材料的高度兼容性，为制备具有复杂结构的高性能表面的相关问题提供了很好的解决方案。

近期，电子科技大学张翼教授、张晓升教授、邓旭教授及团队成员在《Droplet》期刊上发表题为“Droplet interface in additive manufacturing: From process to application”的综述文章，从增材制造过程中的液滴界面现象和增材制造制备的液滴界面应用两个方面，系统性阐述了该领域的相关工作，讨论了现有工作的局限性，并提出了未来研究的发展方向。

该综述回顾了增材制造过程中的液滴界面现象和增材制造制备的液滴界面应用（图1）。一些增材制造方法需要精确控制液滴的界面特性，以确保打印产品的质量（图2）。增材制造由于其设计自由度高和制造灵活性好的特点在表界面应用领域日益发挥着不可替代的作用（图3）。最后作者对增材制造在液滴界面应用中面临的挑战提出了进一步的展望：研究人员可以进一步完善材料设计理论，建立一个专门的3D打印材料数据库，以实现智能材料的开发和筛选。通过建立成分、工艺、微观结构和性能之间的联系，可以根据元素材料的特性设计出具有理想界面性能的新型表面。

原文链接：https://doi.org/10.1002/dro2.57

图1 增材制造中的液滴界面

图2 光固化中的液滴界面（a）连续液膜约束的3D打印；（b）仿生低黏附用于连续3D打印；（c）单墨滴3D打印

图3 增材制造在液滴输运中的应用（a）仿南洋杉叶片结构功能表面；（b）多仿生槽锥刺结构；（c）多级微结构仿生功能表面；（d）仿生麦芒分级系统；（e）磁性数字微流控结构

作者简介
第一作者：孙郑楠
电子科技大学
电子科技大学张翼教授课题组博士研究生，研究方向包括：增材制造、微纳能源采集等。在Nature Communications, Chemical Society Reviews及The Journal of Physical Chemistry Letters等期刊发表论文。

通讯作者：张翼
电子科技大学
张翼，现任电子科技大学教授，国家级青年人才。2016-2021年任新加坡南洋理工大学机械与航天系助理教授，同时，受聘于中新国际联合研究院、新加坡3D打印中心、NTU-HP数字制造联合实验室、以及南洋量子科学工程中心。2013年在约翰霍普金斯大学医学院获得生物医学工程博士学位，2007年在新加坡南洋理工大学获得生物工程学士学位。2013-2015年在新加坡科研局(A*STAR)生物工程及纳米技术研究所完成博士后，2015-2016年在同一单位担任研究员。在Nature Medicine, Advanced Materials及ACS Nano等生物医疗、微纳技术及增材制造领域的重要期刊发表论文80余篇，申请专利50余项，获得多个国内外奖项。

通讯作者：张晓升
电子科技大学
张晓升，国家青年人才，电子科技大学教授、博士生导师，省创新团队负责人。长期在微纳电子机械系统(MEMS/NEMS)领域开展研究工作，解决了微纳电子器件系统的可控制造、可靠供能和集成一体化的若干难题。在国际学术刊物上共发表论文60余篇，论文已被SCI他引2700+次。在领域内重要学术会议上作报告30余次，授权发明专利32项，受Springer和Wiley邀请出版英文专著3本，荣获中国电子学会优秀博士学位论文等荣誉奖励20余项。受邀担任TRANSDUCERS 2019和IEEE NEMS 2017-2021技术委员会(TPC)委员及分会主席。作为项目负责人主持国家重点研发计划、国家自然科学基金、创新特区重点项目、省重点研发计划、领军电子企业技术合作研发等重要项目10余项。

通讯作者：邓旭
电子科技大学
邓旭教授，德国马普高分子研究所博士，美国加州大学伯克利分校/美国劳伦斯伯克利国家实验室博士后研究员，现任电子科技大学教授，英国皇家化学会会士(FRSC)，国家青年特聘专家。主要从事材料表面科学、表面物理化学等相关研究。担任德国马普学会国际伙伴小组组长，中国化学会仿生材料化学委员会委员。以第一作者或通信作者在Nature, Science, Nature Materials, National Science Review, Physical Review Letter，Advanced Material, Angewandte Chemie等杂志发表文章80余篇。研究工作被引用7500余次。获得中国、欧洲和美国授权发明专利31项。获得中国十大科技新锐人物，中国化学会菁青化学新锐奖,四川省青年科技奖，军委科技委“创新杯”国防科技创新大赛新概念组一等奖，化学化工与材料京博优秀博士论文银奖（博士生导师）,中国胶体与界面化学优秀青年学者奖，德国洪堡基金会贝塞尔研究奖。担任National Science Review编委。