该文档属于类型a，是一篇关于新型智能低表面张力液体（LSTL）定向传输整流器的原创研究论文。以下是详细的学术报告：
1. 研究团队与发表信息
本研究由Chuanzong Li（阜阳师范学院智能计算与信息创新安徽省工程研究中心）、Sizhu Wu（合肥工业大学仪器科学与光电工程学院）、Dayu Li（中国科学技术大学生物医学工程学院）等共同完成，通讯作者为Chao Chen（合肥工业大学材料科学与工程学院）。论文发表于Advanced Functional Materials（2025年），标题为《3D-Printed Biomimetic Shape-Memory Rectifier for Smart Directional Transport of Diverse Low-Surface-Tension Liquids and “Chip” Transfer》，DOI: 10.1002/adfm.202507221。
2. 学术背景与研究目标
科学领域：微流控技术、仿生材料、智能表面工程。
研究动机：低表面张力液体（如乙醇、正己烷等）的定向传输在油水分离、电化学传感和微反应器中具有重要应用，但现有技术存在三大局限：（1）刚性结构无法实时调控传输方向；（2）仅适用于特定液体；（3）依赖外部磁场等局部触发方式，缺乏全局形变能力。
目标：开发一种基于形状记忆聚合物（SMP）的智能整流器，通过光热/机械双响应实现LSTL的可逆、全局、多液体兼容的定向操控。
3. 研究流程与方法
3.1 仿生设计与制备
- 生物原型：受蝴蝶翅膀重叠鳞片结构的启发，设计形状记忆可重构微板阵列（SMRMA）。
- 3D打印模板：采用紫外辅助3D打印技术制备光敏树脂母模板，通过真空注模法复制硅胶负模。
- 材料合成：将碳黑（CB）纳米颗粒掺杂到形状记忆聚合物（SMP）中，形成光热响应复合材料（SMPCB），通过热固化成型获得SMRMA。
- 结构参数：微板高度（h=1000±100 μm）、行列间距（sr=sc=500±20 μm）、弯曲角（θ=12°），通过SEM验证结构保真度。
3.2 形状记忆与光热响应测试
- 动态力学分析（DMA）：SMPCB的储能模量在玻璃态（30°C）为1730.4 MPa，橡胶态（110°C）降至8.6 MPa，玻璃化转变温度（Tg≈83°C）。
- 光热性能：808 nm近红外（NIR）照射下，SMPCB0.1（CB含量0.1 wt%）在4秒内升温至Tg以上，25秒内冷却固化，实现快速形状编程/恢复。
- 力学调控：预压力（8–15 N）与弯曲角θ呈线性关系（R²=0.99），30次循环后θ稳定性达±3°。
3.3 LSTL定向传输实验
- 润湿行为：乙醇/水混合液（c=60%）在SMRMA上呈现Wenzel状态（接触角≈25°），通过调节sr、sc、l等参数控制扩散距离（平行方向lx=2.53–3.25 mm，垂直方向ly=3.48–4.8 mm）。
- 抗重力传输：倾斜角β≤34°时，LSTL可逆重力爬升（h+峰值4.7 mm）。
- 多液体兼容性：乙醇、乙二醇、正己烷、十六烷均实现定向传输，100次循环后速度稳定（1.75 mm/s）。
3.4 机制分析与模拟
- 拉普拉斯压力驱动：通过高速摄像和ANSYS Fluent模拟，证实微板倾斜导致的非对称界面压力梯度是定向传输的主因。
- 动态压力峰值：液-固界面处动态压力最大（如p3//），推动液体沿倾斜方向流动。
3.5 应用验证
- 芯片实验室：十字形SMRMA可通过NIR/应力触发切换流道，实现多路径微流控控制。
- 机械手功能：SMRMA在Tg以上可吸附芯片（黏附力0.15–1.0 N），冷却后固定，加热释放，实现物体抓取-运输-释放循环。
4. 主要结果与逻辑关联
- 结果1：SMPCB的光热/形状记忆特性为实时调控θ角提供基础，支撑后续LSTL动态传输实验。
- 结果2：结构参数（sr、sc、l）与传输距离的定量关系指导了整流器优化设计。
- 结果3：抗重力传输和拉普拉斯压力机制验证了SMRMA在非平面场景的适用性。
- 结果4：多液体兼容性和循环稳定性证明其实际应用潜力。
5. 结论与价值
科学价值：首次将形状记忆效应与光热响应结合，提出全局可调的LSTL定向传输新范式，深化了对非对称毛细力驱动的理解。
应用价值：为智能微流控芯片、自适应油水分离器、柔性机械手提供了创新平台，尤其适用于需实时调控的化学生物检测系统。
6. 研究亮点
- 仿生创新：模仿蝴蝶鳞片结构，设计出可逆形变的SMRMA。
- 技术突破：3D打印模板结合CB掺杂SMP，实现高精度、可扩展制备。
- 多功能性：单一器件兼具液体定向传输与物体抓取功能。
- 理论贡献：通过实验与模拟揭示了动态拉普拉斯压力的主导作用。
7. 其他价值
- 可持续性：硅胶模具可重复使用10次以上，降低制造成本。
- 扩展性：该方法可推广至其他刺激响应材料（如磁响应SMP）。
此研究为智能表面工程和微流控技术的交叉创新提供了重要范例。