Bioinspired Two-Dimensional Structure with Asymmetric Wettability Barriers for Unidirectional and Long-Distance Gas Bubble Delivery Underwater

水下 润湿 气泡 各向异性 材料科学 过程(计算) 气泡 纳米技术 生物系统 计算机科学 复合材料 机械 物理 地质学 生物 光学 海洋学 操作系统
作者
Xiao Xiao,Shukun Li,Xian-Dong Zhu,Xiao Xiao,Chunhui Zhang,Fengmin Jiang,Cunming Yu,Lei Jiang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:21 (5): 2117-2123 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.0c04814
摘要

Gas bubble manipulations in liquid have long been a concern because of their vital roles in various gas-related fields. To deal with the weakness in long-distance gas transportation of previous works, we took inspiration from the ridgelike structure on Nepenthes pitcher's peristome and successfully prepared a two-dimensional superaerophilic surface decorated with asymmetric aerophobic barriers capable of unidirectional and long-distance gas bubble delivery. For the first time, this process was investigated by in situ bubble-releasing experiments recorded by a high-speed camera and finite element modeling, which demonstrates a kinetic process regulated by the anisotropic motion resistance arising from the patterns. Furthermore, the Nepenthes alata-inspired two-dimensional surface (NATS) was integrated into a water electrolysis system for H2 directional transportation and efficient collection. As a result, the NATS design was proved to be a potential solution for facile manipulation of gas bubbles and provides a simple, adaptive, and reliable strategy for long-range gas transport underwater.
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