研究背景随着现代社会对液体管理需求的不断增长，液体排放与排水技术在各个领域引起了广泛关注。液体排放不仅仅在工业、航空、汽车等领域具有重要应用，在自然界中，许多生物也通过独特的结构与机制有效地排除液体，以适应潮湿或多雨的生存环境。例如，水黾凭借其腿部覆盖的微毛阵列以及纳米沟槽自我去除水滴，水滴在其表面几乎不接触，从而保持漂浮；而睫毛作为人类眼睛的保护屏障，其作用也在生物学研究中引起了越来越多的讨论。尽管已有大量关于表面液滴排放与滑动动态的研究，但关于柔性结构如何通过多层次的结构协同作用实现高效液体排水的机制，尤其是在像睫毛这样微观、复杂结构中的表现，仍然存在很多未解之谜。目前，研究主要集中在液体在单一纤维、顶点、圆锥等简单几何结构上的排放、滑动与转移动态。然而，这些研究大多忽略了在更复杂的结构系统中，特别是柔性、多结构协同的体系中，液体排水过程中的细节和机制。特别是对于睫毛这样的复杂结构，其表面微棘与宏观曲率如何影响液体排放，如何通过这种结构的多层次效应提高排水效率，尚未得到充分探讨。此外，目前的研究较少关注液体滑动速度与路径之间的关系，特别是液滴在曲线路径（如最速降线）与线性路径上的滑动差异，以及这一差异对排水效率的影响。成果简介为了解决这些问题，中国科学院理化技术研究所董智超、戴浩宇等人合作在Science Advances期刊上发表了题为“Rapid water drainage on human eyelashes of a hydrophobic Brachistochrone fiber array”的最新论文。本研究通过深入分析人类睫毛的结构特性，揭示了其疏水性柔性纤维阵列与表面微棘、宏观曲率等多重结构的协同作用，能够定向并迅速排除进入的液体，从而有效保护眼睛免受液体干扰。研究表明，睫毛结构通过微棘的各向异性滞留作用、柔性纤维阵列的弹性排放以及液滴沿最速降线路径的滑动，显著减少了液滴的接触时间，比刚性线性坡道上的接触时间减少了约20%。通过这种多层次的结构和动态机制，睫毛能够高效地实现液体排放，为液体管理提供了新的思路。摘要：随着现代社会对液体管理需求的不断增长，液体排放与排水技术在各个领域引起了广泛关注。液体排放不仅仅在工业、航空、汽车等领域具有重要应用，在自然界中，许多生物也通过独特的结构与机制有效地排除液体，以适应潮湿或多雨的生存环境。例如，水黾凭借其腿部覆盖的微毛阵列以及纳
来源：华算科技
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