Ultrafast water harvesting and transport in hierarchical microchannels

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作者
Huawei Chen,Tong Ran,Yang Gan,Jiajia Zhou,Yi Zhang,Liwen Zhang,Deyuan Zhang,Lei Jiang
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:17 (10): 935-942 被引量:510
标识
DOI:10.1038/s41563-018-0171-9
摘要

Various natural materials have hierarchical microscale and nanoscale structures that allow for directional water transport. Here we report an ultrafast water transport process in the surface of a Sarracenia trichome, whose transport velocity is about three orders of magnitude faster than those measured in cactus spine and spider silk. The high velocity of water transport is attributed to the unique hierarchical microchannel organization of the trichome. Two types of ribs with different height regularly distribute around the trichome cone, where two neighbouring high ribs form a large channel that contains 1–5 low ribs that define smaller base channels. This results in two successive but distinct modes of water transport. Initially, a rapid thin film of water is formed inside the base channels (Mode I), which is followed by ultrafast water sliding on top of that thin film (Mode II). This two-step ultrafast water transport mechanism is modelled and experimentally tested in bio-inspired microchannels, which demonstrates the potential of this hierarchal design for microfluidic applications. Ultrafast water transport in the surface of Sarracenia trichome is reported and demonstrated in synthetic bioinspired materials, where nano- and microchannels induce high-speed sliding of droplets on top of a thin water film.
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