在房屋涂料上面突然出現通常會讓人們看到罐子內部。但普林斯頓大學的研究人員已將目光向上轉移到蓋子的下方，在那里，液滴圖案可以激發出制造顯微鏡小結構的新方法。

訣竅在于控制液滴，這些液滴在重力和表面張力等競爭影響下形成。10月26日發表在Nature Communications雜志上的一項新研究解釋了如何更加深入地了解這些高度動態，有時不穩定的力量，以便廉價地快速制造通常需要更昂貴和耗時過程的物體。“我們已經廢除了模具，”普林斯頓大學化學與生物工程助理教授，該研究的首席研究員皮埃爾 - 托馬斯布倫說。“我們不需要潔凈室或任何花哨的設備，因此工程師在設計過程中擁有更多自由。”

該團隊使用醫療設備中常見的硅膠，在一塊大小相當于光盤大小的盤子上傾倒一層薄薄的液體薄膜，然后在薄膜固化的同時翻轉倒置幾分鐘。沒有干預，液體硅膠凝結成不規則的液滴陣列 - 就像蓋子下的油漆一樣。但是，通過用數學精度蝕刻印版，用激光切割標記，研究人員將這些水滴“播種”成完美六邊形的網格，每個網格都有一個統一的尺寸。普林斯頓大學的博士后研究員，論文的第一作者喬爾·馬瑟洛特說：“重力想把液體拉下來。”“毛細管力要求表面最小變形。因此這兩種力之間存在競爭，從而產生結構的長度尺度。”

更復雜的實驗版本使用離心機代替重力，這使得團隊可以在不確定的范圍內改變液滴的大小。在這個版本中，他們使用的塑料圓筒看起來像透明的冰球，而不是板材。多余的液體旋轉脫落并留下可預測的固化液滴圖案。該技術可以達到其機械極限，產生的結構晶格大約為10微米，是人類頭發寬度的一小部分。這些結構是原型，模擬了智能手機中常見部分的軟鏡頭。“旋轉的速度越快，水滴就越小，”Marthelot說道，并指出他們可以制造的結構比迄今為止的結構還要小。“我們真的不知道我們的技術極限。只有離心機的極限。”

根據Brun的說法，導致這種行為的機械不穩定性通常被工程師視為一種克星。它們是確定重量負荷或熱容量的物理閾值。“在這種情況下，”他說，“我們利用了通常被視為糟糕的東西。我們馴服它并通過將其轉變為制造的途徑使其發揮作用。”

研究人員表示，該技術可以很容易地擴展到大規模制造。隨著他們的方法的發展，他們計劃創造仿生設備，如模仿昆蟲眼睛的可充氣復合鏡片，或可用于醫療技術的軟機器人。麻省理工學院數學副教授J?rnDunkel說：“人們可以設想一種廣泛的潛在未來應用，從減阻或超疏水表面到微透鏡和人工睫狀地毯。”除了Brun和Marthelot之外，另外兩位研究人員為這項研究做出了貢獻：Elizabeth Strong，以前是麻省理工學院的學生，現在是博士。科羅拉多大學博爾德分校候選人;和洛桑聯邦理工學院的Pedro M. Reis。

文章信息：https://www.nature.com/articles/s41467-018-06984-7

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