仿生親水微軌道-超疏水復(fù)合表面液滴可控定向引導(dǎo)研究

劉洋，張輝，周彬，董光能

（1.西安交通大學(xué) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710049；2.陜西漢德車橋有限公司，西安 710201）

由于在自清潔[1]、油水分離[2]、微納芯片[3]、水收集[4]、抗結(jié)冰[5]和防霧[6]等工程領(lǐng)域有著巨大應(yīng)用前景[7]，超疏水表面（即水滴接觸角大于150°的表面）在近幾十年來被世界范圍眾多研究人員進(jìn)行了廣泛研究。近年來，水滴在超疏水表面的操縱和各向異性引導(dǎo)已成為熱門話題[8-14]。進(jìn)化和自然選擇，使動(dòng)植物擁有特殊的超疏水表面來實(shí)現(xiàn)其特定功能，通過水滴的各向異性滑動(dòng)來開發(fā)表面的想法，最初是受到生物表面的啟發(fā)，例如水黽、沙漠甲蟲、蝴蝶等[4,15-19]。生物表面的這種各向異性滑動(dòng)特性吸引了許多研究人員，人們探索了其在許多工程領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用。例如對于微升尺度液滴的存貯、運(yùn)輸和混合等靜動(dòng)態(tài)行為控制，集水、微小液滴的混合、微流體控制以及微尺寸液滴轉(zhuǎn)移操作等，甚至在高通量細(xì)胞篩選、散熱、蒸發(fā)控制以及干旱多霧地區(qū)水資源收集等新興領(lǐng)域，也具有重要的應(yīng)用價(jià)值[20-24]。

研究人員已經(jīng)進(jìn)行了大量模擬各向異性潤濕及滑動(dòng)特性的仿生人造表面的開發(fā)和研究[9,11,13]。例如受蝴蝶翅膀的啟發(fā)，F(xiàn)ang 等人[9]使用飛秒激光標(biāo)刻PDMS 表面形成“階梯”結(jié)構(gòu)，其表面表現(xiàn)出稻葉狀和蝴蝶翅狀特性的各向異性。Long 等人[11]在銅表面制備具有仿生凹槽狀結(jié)構(gòu)的超疏水表面，通過這樣的表面，他們證明了水滴的各向異性滑動(dòng)行為主要取決于潤濕狀態(tài)。Yong 等人[12]使用飛秒激光標(biāo)刻PDMS表面，制備具有各向異性潤濕和各向異性滑動(dòng)的表面，其在具有超疏水性的同時(shí)，具有潤濕性可控等特性。Wu 等人[13]研究了通過組合光刻、聚二甲基硅氧烷（PDMS）壓印和微/納米結(jié)構(gòu)涂層制成的三級(jí)分層表面。結(jié)果表明，在分層表面適當(dāng)布置微溝槽，可以指導(dǎo)微滴的各向異性滑動(dòng)。Malvadkar 等[14]使用了工程納米膜，該納米膜由聚對二甲苯陣列組成納米棒，通過銷釘釋放的液滴棘輪機(jī)理，研究了各向異性的潤濕行為。周冬冬等人[25]研究發(fā)現(xiàn)，超親水-疏水組合表面可以較好地調(diào)控冷凝液滴大小，其冷凝傳熱性能要優(yōu)于光滑表面和疏水表面。

上述研究[9,11-14]揭示了表面形態(tài)是決定微滴各向異性滑動(dòng)的關(guān)鍵因素。這些表面均具有完全疏水性，因此研究人員僅通過簡單改變表面的形貌來制造各向異性滑動(dòng)表面。受限于表面完全的疏水性，其所能提供的各向異性差異受到限制，同時(shí)由于使用材料的限制及加工制備方法的復(fù)雜性，使得所制備的表面尺寸受到限制。這樣的表面及其具有的異性的應(yīng)用范圍就十分局限。除了表面形態(tài)外，另一個(gè)微滴潤濕性和滑動(dòng)行為的影響[10,26-27]因素是隨表面化學(xué)性質(zhì)而變化的表面能。對此，一些研究專門針對超疏水表面的親水/疏水區(qū)域構(gòu)圖，主要涉及適當(dāng)?shù)馗淖儽砻婺埽ɑ瘜W(xué)性質(zhì)），以控制水滴在其上的附著或流動(dòng)。Wang 等[28]開發(fā)了一種化學(xué)圖案化的各向異性潤濕表面，可用于控制微流控中的水滴流動(dòng)行為。他們利用疏水/親水區(qū)域的邊界充當(dāng)“虛擬”墻，專門用于引導(dǎo)水運(yùn)輸。Li 等人[29]開發(fā)出一種具有液滴自分裂功能的表面，將撞擊的液滴分成可預(yù)測的微液滴，并將它們沉積在預(yù)置點(diǎn)，以便同時(shí)進(jìn)行多重檢測。

盡管許多研究已經(jīng)提出可實(shí)現(xiàn)微小液滴各向異性滑動(dòng)的超疏水表面，但是此類各向異性表面的研究存在兩個(gè)困難：（1）各向異性滑動(dòng)特性的約束難實(shí)現(xiàn)[11-12]，（2）在特定滑動(dòng)方向內(nèi)易滑動(dòng)特性難保持[26]。這樣的難點(diǎn)表明，具有液滴定向運(yùn)輸控制的實(shí)現(xiàn)仍然是具有挑戰(zhàn)性的研究方向。本研究報(bào)告了一種簡單有效的在超疏水表面制備仿水稻葉親水微軌道的方法，可制備親疏水復(fù)合圖案化表面。通過調(diào)整相鄰微軌道之間的距離，改變液滴各向異性潤濕及滑動(dòng)特性。進(jìn)一步提出了具有變密度親水微軌道和曲線排列親水微軌道的超疏水表面，其具有在特定方向液滴可控定向引導(dǎo)的特性，并引導(dǎo)水滴沿微軌道聚集到親水末端點(diǎn)，在集水、水滴混合及污漬去除等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。

1 材料及制備

1.1 材料、試劑及儀器

選擇鋁合金（Al-Zn-Mg-Cu 等合金）試樣，并使用磨拋機(jī)將其研磨拋光至表面粗糙度Ra為0.019 μm。采用的試劑包括NaOH（AR，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）、丙酮（AR，成都科龍?jiān)噭S）、無水乙醇（AR，成都科龍?jiān)噭S）、硬脂酸（C18H36O2，相對分子質(zhì)量248.48，天津圣奧化學(xué)試劑有限公司）以及去離子水等。

使用到的儀器設(shè)備包括納秒激光系統(tǒng)（激光波長1064 nm，頻率20～89 kHz，SCANLAB，德國）、激光共聚焦掃描顯微鏡（OLS4000，OLYMPUS，日本）、微納輪廓?jiǎng)澓蹆x（TR200，時(shí)代集團(tuán)公司）、掃描電子顯微鏡（SEM，S-3000N，HITACHI，日本）、接觸角測量儀（JC2000D2A，上海中晨）、高速攝影機(jī)（9501，AZ Instrument，中國臺(tái)灣）以及光學(xué)相機(jī)等。

1.2 超疏水表面及親水軌道制備

制備超疏水表面及其上仿水稻葉親水微軌道基本包含以下步驟（如圖1 所示）：

圖1 超疏水表面及其親水微結(jié)構(gòu)制備流程示意圖Fig.1 Fabrication processes of superhydrophobic surface and hydrophilic micro-tracks

1）在室溫（20 ℃）條件下，將鋁合金試樣浸入NaOH 溶液（1 mol/L）中進(jìn)行化學(xué)腐蝕，靜置反應(yīng)容器2 h 后，取出試樣，然后在丙酮中對腐蝕試樣超聲清洗10 min。此操作使鋁合金試樣表面產(chǎn)生微米及納米結(jié)構(gòu)。

2）將第1 步化學(xué)腐蝕過后且具有微納結(jié)構(gòu)的鋁合金試樣浸入1 mmol/L 的硬脂酸（C18H36O2）乙醇-水溶液中（作為溶劑的乙醇與去離子水的體積比為1∶1），保持60 ℃靜置48 h 后，取出試樣，并放入真空干燥箱中，在60 ℃下保持2 h，至表面完全干燥。此操作在蝕刻的鋁合金上形成超疏水表面。

3）使用納秒激光系統(tǒng)在第2 步制備的超疏水表面進(jìn)行激光標(biāo)刻，設(shè)置激光功率為16 W，頻率為20 kHz，光斑直徑為20 μm，掃描速度為300 mm/s。通過激光能量燒蝕超疏水層，獲得仿水稻葉親水微軌道。

2 結(jié)果及分析

2.1 超疏水表面及親水微軌道形貌分析

首先使用光學(xué)相機(jī)對超疏水表面激光標(biāo)刻形成的仿水稻葉親水微軌道形貌進(jìn)行觀察，液滴在具有親水微軌道的超疏水表面，呈現(xiàn)單向拉長的橢圓液滴狀態(tài)，如圖2a 所示。同時(shí)，通過激光共聚焦掃描顯微鏡（OLS4000）對超疏水表面及親水微軌道三維形貌進(jìn)行表征。覆蓋硬脂酸的超疏水表面呈現(xiàn)一定的粗糙形貌，激光標(biāo)刻形成的平行排列親水微軌道具有加工質(zhì)量較好的邊緣輪廓，軌道底部及側(cè)壁形貌統(tǒng)一，如圖2b 所示。通過微納輪廓?jiǎng)澓蹆x輔助對親水軌道進(jìn)行測量，親水微軌道深度約為 30 μm，寬度約為20 μm，如圖2c 所示。

圖2 復(fù)合親水微軌道的超疏水表面及親水微軌道形貌和深度Fig.2 Photographical images of superhydrophobic surfaces with hydrophilic micro-tracks and measurement of morphology and depth

用SEM 觀察原始表面、親水微軌道及超疏水表面，如圖3 所示。由于高能量密度激光沖擊，親水微軌道區(qū)域（圖3b）呈現(xiàn)粗糙鐘乳石狀凸起，其X 射線能譜（EDS）分析結(jié)果（如圖3d）與原始光滑表面基本一致，均含少量C、O 元素，即表面基本沒有硬脂酸存在而呈現(xiàn)親水狀態(tài)，其接觸角小于9°（如圖3a插圖）。經(jīng)過硬脂酸處理的表面（如圖3c）具有線狀硬脂酸高分子鏈，EDS 分析（如圖3e）表明，這些線狀硬脂酸高分子鏈已經(jīng)基本將鋁合金表面完全覆蓋形成超疏水表面，其接觸角大于157°（如圖3c插圖）。上述親水微軌道和超疏水表面之間巨大的親疏水性差異，為后續(xù)液滴各向異性潤濕及定向操控提供了可能性。

圖3 原始表面、親水微軌道及超疏水表面SEM 圖及EDS 分析Fig.3 SEM image and EDS analysis of the original surface, hydrophilic micro-tracks and superhydrophobic surface

2.2 各向異性潤濕及滑動(dòng)特性

將親水條紋圖案均布于整個(gè)超疏水表面，可得到具有水滴各向異性滑動(dòng)表面。為測試超疏水表面親水微軌道各向異性潤濕行為，將15 μL 液滴通過微量注射器滴在表面，如圖4 所示。激光標(biāo)刻的親水微軌道的間距d分別為300、400、500、600、700 μm。分別從頂部觀測可知，相鄰親水條紋之間的距離變小，即條紋密度增加，會(huì)使表面各向異性潤濕性差異增強(qiáng)，進(jìn)而逐漸將圓形液滴拉伸成橢圓形。

圖4 不同間隔寬度的親水微軌道條紋上水滴的各向異性潤濕行為Fig.4 Anisotropic wetting behavior of water droplets on hydrophilic micro-track with different spacing distance

對上述15 μL 液滴在親水微軌道上的接觸角進(jìn)行測量，對于不同的軌道條紋間隔，在平行于微軌道方向，液滴具有穩(wěn)定在140°至150°之間的接觸角，然而在垂直于微軌道的方向上，隨著軌道條紋間隔的增大，接觸角也明顯增加，如圖5 所示。這是由于親水性微軌道具有將圓形液滴沿平行微軌道方向拉伸至橢圓形的趨勢，即親水微軌道間隔越小，在超疏水表面產(chǎn)生的親水潤濕性越大，該方向液滴的接觸角較小。而沿垂直微軌道方向，液滴沒有受到拉伸作用，所以保持相對穩(wěn)定的接觸角。

圖5 平行和垂直于微軌道方向不同間隔下接觸角變化Fig.5 The variation of contact angle at different spacing distance in the direction parallel to the micro-tracks and in the vertical direction

該各向異性潤濕特性現(xiàn)象也在液滴滑動(dòng)各向異性中有所體現(xiàn)。間隔為300 μm 的親水微軌道由于過于密集，導(dǎo)致水滴在兩個(gè)方向上都發(fā)生了粘附，其滑動(dòng)角都趨于90°，如圖6 所示。除了300 μm 間隔的情況外，液滴在平行微軌道方向的滑動(dòng)角比垂直微軌道方向的要小得多。同時(shí)，隨著微軌道間隔的增大，即微軌道密度的減小，平行方向上的滑動(dòng)角急劇減小，但是垂直方向減小較少。當(dāng)微軌道間隔為500 μm時(shí)，平行方向的滑動(dòng)角僅為15°，與垂直方向滑動(dòng)角相差50°，具有差異極大的各向異性潤濕和滑動(dòng)特性，這主要?dú)w因于超疏水表面親水微軌道造成的化學(xué)性質(zhì)或表面能的差異。

圖6 平行和垂直于微軌道方向不同間隔下滑動(dòng)角變化Fig.6 The variation of sliding angle at different spacing distance in the direction parallel to the micro-tracks and in the vertical direction

2.3 滑動(dòng)速度影響

使用高速相機(jī)（9501 AZ Instrument）觀察微軌道間隔對水滴沿軌道滑動(dòng)速度的影響。將體積為15 μL的液滴，在傾斜角為20°、長度為16 mm 的超疏水表面的親水微軌道頂端釋放，同時(shí)對比測試液滴在沒有微軌道的超疏水表面釋放的情況，高速攝影機(jī)抓拍如圖7 所示。在沒有親水軌道條紋的超疏水表面，從初始釋放到運(yùn)動(dòng)至微軌道長度末端僅用110 ms。當(dāng)將親水微軌道間隔的距離從700 μm 調(diào)整至600、500 μm時(shí)，滑動(dòng)時(shí)間略微延長至120 ms。當(dāng)繼續(xù)減小間距至400 μm 時(shí)，滑動(dòng)時(shí)間大幅延長至150 ms。當(dāng)間距減小至300 μm 時(shí)，水滴粘附于表面無法滑動(dòng)（如圖6所示）。結(jié)合圖6 中平行和垂直于微軌道方向不同間隔下滑動(dòng)角的分析表明，500 μm 的軌道條紋間隔下，液滴各向異性潤濕及滑動(dòng)特性差異達(dá)到最大，但其沿微軌道的滑動(dòng)速度沒有顯著降低，該排布參數(shù)是本研究中液滴快速定向引導(dǎo)的最佳值。

圖7 微軌道不同間隔對液滴定向引導(dǎo)速度差異高速攝影抓拍照片F(xiàn)ig.7 High-speed photograph of variation of droplet directional guiding velocities at different spacing distance

除了上述微軌道間隔對各向異性潤濕性和液滴滑動(dòng)速度的影響以外，超疏水表面的親水微軌道的收斂性排布將對液滴滑動(dòng)性產(chǎn)生影響。設(shè)計(jì)收斂性排布微軌道，其親水微軌道間隔由500 μm 向300 μm 過渡，如圖8 中插圖所示。分別從間隔500 μm 和300 μm 兩端釋放液滴，與由疏向密滑動(dòng)相比，由密向疏更容易且速度更快，即方向2 的滑動(dòng)速度明顯快于方向1，如圖8 所示。這樣就進(jìn)一步在超疏水表面形成了一個(gè)水滴在特定單方向易滑動(dòng)的微軌道設(shè)計(jì)。

圖8 收斂性間隔微軌道兩方向滑動(dòng)時(shí)間對比及高速攝影照片F(xiàn)ig.8 Comparison of sliding time in two directions of convergent micro-tracks and high-speed photography

2.4 滑動(dòng)路徑控制

除平行條紋外，進(jìn)一步研究了彎曲軌道條紋上的液滴滑動(dòng)及液流引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)超疏水表面復(fù)合親水軌道可控液滴定向輸送。水滴可以沿直線或S 形條紋滑動(dòng)，當(dāng)滑動(dòng)的液滴到達(dá)軌道條紋的末端時(shí)，微軌道的親水性可以使其停止在軌道條紋末端，如圖9 所示。由于S 形親水微軌道的路徑比直線軌道長，液滴在其上運(yùn)動(dòng)可以經(jīng)過表面更多位置，這樣的液滴運(yùn)動(dòng)路徑控制在某些特定的工程領(lǐng)域（如散熱控制等）具有重要的應(yīng)用前景。

圖9 水滴沿直線和S 形曲線滑動(dòng)抓拍（傾斜角為15°）Fig.9 Selected shot snaps of water droplets sliding along straight and S-shaped micro-tracks (inclination angle 15°)

進(jìn)一步地，在超疏水表面設(shè)計(jì)單端匯集的親水微軌道，可以定向?qū)⑺位蛩飨蛞粋€(gè)點(diǎn)進(jìn)行引導(dǎo)或收集。圍繞該會(huì)聚點(diǎn)的軌道條紋密度極高，形成親水性較強(qiáng)區(qū)域，可暫時(shí)收集匯聚液滴并在達(dá)到一定體積時(shí)脫落釋放。使用移液器分別按順序釋放第一、第二液滴，液滴受親水微軌道約束，沿軌道定向滑動(dòng)并在親水點(diǎn)匯集，如圖10 所示。這對不同方向來源的液滴或液流的引導(dǎo)具有十分重要的意義，其可應(yīng)用于形成微小液滴混合物，并執(zhí)行自清潔和污漬粒子捕獲任務(wù)。

圖10 匯集形軌道條紋對水滴的引導(dǎo)和收集作用（傾斜角為15°）Fig.10 Guiding and collecting effects of convergent micro-tracks on water droplets (inclination angle 15°)

2.5 各向異性滑動(dòng)分析

對液滴在親水微軌道復(fù)合超疏水表面的各向異性潤濕及滑動(dòng)行為原理進(jìn)行簡要分析。在超疏水表面的親水區(qū)域中，附著在軌道條紋上的水滴，由于微軌道的親水特性，將被拉伸成橢圓形，如圖4 所示。由于在液滴滑動(dòng)方向前部和后部的表面能幾乎相同，因此液滴在滑入軌道或沿軌道滑行時(shí)，不會(huì)獲得或損失任何表面能，僅需要克服周圍的摩擦阻力。當(dāng)這些親水微軌道被預(yù)潤濕后（如圖11 所示），摩擦阻力會(huì)進(jìn)一步減少。

當(dāng)摩擦阻力小于驅(qū)動(dòng)力（重力沿斜面向下的分力）時(shí)，液滴在預(yù)潤濕效應(yīng)對液滴運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生“牽引”作用而擴(kuò)大接觸面積的同時(shí)，減小接觸角而向前滑動(dòng)[30-32]，最終呈現(xiàn)被拉長的橢圓形，進(jìn)而沿軌道移動(dòng)。但是，垂直于微軌道方向，液滴受限于親水軌道約束，僅在靜止?fàn)顟B(tài)增大接觸角，而不發(fā)生滑動(dòng)[30-32]，液滴粘附于表面，如圖12 所示。當(dāng)液滴有沿垂直于軌道條紋方向滑動(dòng)的趨勢（如圖12 所示）時(shí)，液滴將需要克服的張力FA與液體和親水軌道之間的粘性力FV之和大于主要驅(qū)動(dòng)力FR（重力沿斜面向下的分力），即如公式(1)所示。

以15 μL 液滴在500 μm 間隔微軌道上傾斜15°為例。液滴重力沿斜面向下的分力約為FR=63 μN(yùn)，依據(jù)Furmidge 模型[33]，液滴將需要克服的張力FA=396 μN(yùn)，依據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律[34]，液體和親水軌道之間的粘性力FV=0.65 μN(yùn)。液滴重力沿斜面向下的分力遠(yuǎn)小于液體表面張力和粘性力之和，所以在垂直親水微軌道方向，液滴滑動(dòng)困難，且更加密集的親水微軌道條紋會(huì)進(jìn)一步增加垂直親水微軌道方向的滑動(dòng)角。

然而，當(dāng)液滴在沿親水微軌道方向產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí)（如圖12 所示），只需要克服液體和親水軌道之間的粘性力FV和忽略不計(jì)的由超疏水表面形成的摩擦阻力，同時(shí)由于預(yù)潤濕效應(yīng)對液滴運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生“牽引”作用，液體表面張力FA將提供促進(jìn)液滴滑動(dòng)的向下分力，即如公式(2)所示。因此，液滴在平行于親水微軌道的方向，滑動(dòng)會(huì)更加容易，并且在較小傾角斜面上發(fā)生。

當(dāng)液滴傾斜放置在復(fù)合表面時(shí)，圖13 虛線橢圓輪廓表示液滴可能偏移滑動(dòng)后所處的位置。在垂直于軌道方向上具有側(cè)向移動(dòng)趨勢的水滴會(huì)粘附于表面（如圖12 所示），因此液滴被限制在垂直于軌道方向而不能發(fā)生相對移動(dòng)。覆蓋在最左側(cè)親水軌道上的水滴部分（如圖13 中S 區(qū)域），由于具有固液分離的趨勢，往往會(huì)從固液接觸轉(zhuǎn)移到固氣接觸，其他親水軌道與液滴的接觸保持不變。將覆蓋在最左側(cè)親水軌道上的水滴部分（如圖13 中S 區(qū)域）作為研究對象，使得這一部分液滴脫離親水微軌道表面需要粘附功W，其通常被認(rèn)為是表面能的相反數(shù)，與界面的產(chǎn)生和破壞有關(guān)，見公式(3)。

其中，S是水滴覆蓋的最左側(cè)親水軌道的面積（如圖13 所示）。下標(biāo)1、2 分別用于描述超疏水表面和親水表面，下標(biāo)s、l、g 分別用于描述固體表面、液體、空氣。根據(jù)楊氏方程，表面張力γ與接觸角θ的關(guān)系可用公式(4)表示，對于超疏水表面和親水表面，可進(jìn)一步寫成公式(5)和公式(6)。

圖13 預(yù)潤濕親水微軌道的水滴運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.13 Schematic diagram of droplet movement on pre-wetting hydrophilic micro-tracks

將公式(5)和公式(6)代入公式(3)中，得到公式(7)：

根據(jù)對超疏水表面和激光標(biāo)刻親水區(qū)域的測量，其接觸角分別為157°和9°（如圖3 插圖所示），水的表面張力γl-g為72 mN/m，最左側(cè)親水軌道上的水滴接觸面積S約為0.03 mm2（以15 μL 液滴在500 μm間隔微軌道上為例），粘附功W=-4.13×10-3mN·mm。這意味著水滴在垂直于微軌道方向的滑動(dòng)需要克服的由最左側(cè)親水軌道上的水滴接觸部分所帶來的表面能為4.13×10-3mN·mm，即表示需要外界對其做功，液滴才能發(fā)生相對滑動(dòng)。因此，液滴在垂直于軌道方向的運(yùn)動(dòng)將受到限制。

3 結(jié)論

本研究提出并制備了一種復(fù)合親水微軌道的超疏水表面。在超疏水表面，通過激光燒蝕去除超疏水層，獲得微細(xì)親水軌道。所制備的復(fù)合親水微軌道的超疏水表面，具有各向異性潤濕和液滴可控定向引導(dǎo)的特性。研究結(jié)論如下：

1）相鄰親水微軌道間距對平行和垂直微軌道方向的接觸角和滑動(dòng)角具有影響。隨著親水微軌道條紋間隔的減小，平行微軌道方向的接觸角也明顯減小，液滴沿軌道方向的滑動(dòng)阻力明顯增加。

2）通過調(diào)整相鄰微軌道間距，確定適合可控液滴定向輸送的最佳間距為500 μm，即達(dá)到平行方向和垂直方向50°滑動(dòng)角的最大差值，滑動(dòng)速度的損失較小。

3）進(jìn)一步提出了具有變密度親水微軌道和曲線排列親水微軌道的超疏水表面。其具有在特定方向可控液滴定向輸送的特性，并引導(dǎo)水滴沿微軌道聚集到親水末端點(diǎn)，在集水、水滴混合及污漬去除等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。

4）通過分析得到，液滴在復(fù)合表面的各向異性潤濕和定向滑動(dòng)，是由于超疏水表面和親水微軌道之間的表面能性質(zhì)差異，以及毛細(xì)作用引起的預(yù)潤濕效應(yīng)。