近日，我院侯旭教授课题组在光热诱导液门实现流体定位可控输运方面取得新进展，相关成果以“Photothermally induced liquid gate with navigation control of the fluid transport”为题发表于国家自然科学基金委主办的杂志Fundamental Research 2021, 1 : 800-806，并被国家自然科学基金委网站“基金要闻”报道。
定位流体输运控制在多相分离、微反应器、微流控、化学检测、气动机器人等领域都有着重要的应用。近年来，研究者们提出了多种流体输运控制方法。其中，有一种新兴的液体门控技术备受关注，它将液体作为动态结构材料，突破了单一固体材料的限制，具备抗污染、节能、功能可控等性质，为可控流体输运领域的发展带来了技术突破。但是，如何在恒压环境下实现定位、可控、非接触的流体输运，尤其是对多相流体输运的非接触式、循环开关控制，仍是一个具有挑战性的课题。
基于此，通过将具有良好光热转换性能的多孔材料与功能液体复合，侯旭教授课题组成功构筑了光热诱导液门，并提出了一种利用光热响应液门定位控制流体输运的机制。该机制利用局部光照下，液门局部区域温度升高引起的表/界面张力降低与Marangoni流动，结合毛细力与多孔介质中流体输运机制，使得研究人员可以在一定压强下通过光热诱导液门实现流体的定位可控输运；此外，由于不同流体的热物理性质存在差异，光照下输运不同流体时的门控液体温度不同，使得光热诱导液门对于热物理性质不同的流体具有不同的调节能力，从而可在不改变环境压强的情况下，实现热物理性质不同的流体的分离。综上，结合光照精确、灵活、快速、非接触的优势，光热诱导液门为实现定位、非接触、快速的流体输运控制提供了一种简单有效的策略。本研究从实验和理论两方面验证了光热响应液体门控系统的稳定性、光热性能及其门控机制，并探究了其在流体定点可控释放、可控多相分离、可控定点多相反应等方面的应用前景。
光热诱导液门工作原理示意图
该研究工作由侯旭教授指导完成，博士生韩雨航与张运茂为论文的共同第一作者。该项工作得到了国家自然科学基金（52025132、21975209）以及国家重点研发计划（2018YFA0209500）等项目的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S266732582100145X
