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Active steering of omni-droplets on slippery cross-scale arrays by bi-directional vibration

材料科学 纳米技术 棘轮 振动 弯曲分子几何 工作(物理) 机械工程 声学 物理 复合材料 工程类
作者
Sizhu Wu,Le Xiang,Shaojun Jiang,Chuanzong Li,Zhipeng Zhao,Qiyu Deng,Shuting Xie,Yunlong Jiao,Chao Chen,Zhaoxin Lao,Liqiu Wang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:122 (17)
标识
DOI:10.1063/5.0146217
摘要

Directed droplet manipulation is paramount in various applications, including chemical micro-reaction and biomedical analysis. The existing strategies include some kinds of gradients (structure, inherent wettability, and charge density), whereas they suffer from several limitations, such as low velocity, limited volume range, poor durability, and inefficient environmental suitability. Moreover, active bi-directional reversal of omni-droplets remains challenging because one kind of microstructure at a single scale cannot acquire two kinds of net results of mechanical interaction. Herein, we report an active and directional steering of omni-droplets utilizing bi-directional (vertical and horizontal) vibration on slippery cross-scale structures consisting of macro millimeter-scale circular arc arrays and micro/nanometer-scale slant ratchet arrays, which are fabricated by femtosecond laser patterned oblique etching and lubricant infusion. The physical mechanism of active droplet steering lies in the relative competition between the forces under vertical and horizontal vibration, which mainly arise from the circular arc arrays and slant ratchet arrays, respectively. Various steering modes, including climbing and programmable manipulation, can be realized. Our work is applicable to a wide range of potential applications, including circuit on/off and droplet-based chemical micro-reaction, particularly in the field of high-throughput omni-droplets operation.
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