2022年12月20日，西安交通大学秦立果团队等在《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》上发表题为Flexible surfaces prepared through direct ink writing with drag reduction and antifouling（通过直接墨水书写制备具有减阻和防污的柔性表面）的研究论文，借鉴鲨鱼皮肤表面的结构纹理，制备了一种PDMS材料的柔性表面，表现出优异的减阻和防污的功能。
//doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.130233
文章简介
鲨鱼皮表面的肋条结构为其提供了显著的减阻和防污作用。受鲨鱼皮肤结构的启发，研究人员通过修改聚二甲基硅氧烷PDMS的流变性能，提出了一种直接墨水书写策略，使其可打印，并创建了一系列具有减阻和防污的柔性表面。试验证明，打印非光滑表面能有效降低水阻，在0.06 m/s时，最大减阻率可达18.16%。通过对壁面附近流场特征的分析，探讨了肋面减阻机理。此外，防污试验表明，3D打印的柔性表面具有良好的抗污性，抑制了污垢在表面的扩散。该研究结果可能为船舶、水下航行器和可穿戴设备提供一种新的表面材料制备策略，以减少阻力和污染物粘附，提高导航效率和寿命。
研究背景
聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种常见的柔性商用硅橡胶，由于其优异的力学性能，是仿生结构设计的理想选择。例如通过气/水界面形成技术制备仿生鱼鳞结构PDMS薄膜, 采用其制备的压力传感器具有优异的性能。虽然PDMS有利于仿生柔性设计，但传统的制造方法难以实现定制性，且效率低。因此，选择DIW直写3D打印工艺可以解决这些缺点。
图1 (a)聚四氟乙烯改性PDMS墨水的示意图。(b)宏观图像，比例尺:10mm;聚四氟乙烯微粉的TEM形貌。(c)高粘度墨水的光学图像，比例尺:10 mm。(d) PDMS和不同墨水的宏观流动性，比例尺:20 mm。
图2 (a) PTFE、PDMS和墨水的FTIR光谱。(b) PTFE、PDMS和墨水的XRD谱图。
图3宏观图像:(a) 3D打印不同形状和图案的PDMS产品，比例尺:5mm (b)柔性表面，比例尺:10mm， (c)打印图案:XTu标志，手上的猫，比例尺:10mm。(d)晶格结构，比例尺:10mm。(e) XTu标志，比例尺:1mm。(f, g)晶格结构产品显微图像，比例尺:500 m。
图4。(a)拉伸试验过程中不同打印角度试样的应力-应变曲线。插入图说明了打印角度的示意图。(b)不同角度打印样品的杨氏模量。(c)不同填充比试样压缩试验时的应力-应变曲线横杆:10mm。(d)不同填充率下样品的杨氏模量。
图5 (a)打印样品表面宏观图像，比例尺:20 mm。(b)不同打印样品表面的三维形貌。(c)打印样品表面轮廓曲线。(d)不同打印样品表面的显微图像，比例尺:400 微米。
图6 (a)实验台。(b)水中阻力测量面示意图。(c)阻力测量表面，比例尺:20 mm。(d)不同印刷表面实验和模拟减阻率的比较。
图7 (a)计算领域。(b)壁y+值验证。(c)入口速度为0.08 m/s时不同打印表面的壁面剪切云图。
图9 (a)在沉积物混合物中浸泡的打印样品，比例尺:20毫米。(b)沉积物混合物，比例尺:20毫米不同的打印样品。
图10 (a, b)石蜡油和咖啡在不同打印样品表面的扩散情况，比例尺:400 um。(c) 20 s后石蜡油和咖啡在不同印刷表面的扩散半径速率。(d)咖啡液滴在不同印刷表面随倾斜角度的变化。
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