4月17日，我院赵玉刚副教授在Cell子刊Cell Reports Physical Science发表题为“基于多变形纳米流体液滴凝固的三维制备工艺（Three-dimensional shaping strategy via solidifying polygonal nanofluid drops）”的研究论文，并被选为当期封面文章。该研究报道了一种全新的三维加工成型技术，通过调节纳米流体液滴参数可以实现精准成型。该成果由上海理工大学能动学院张华教授、上海交通大学郑平院士和新加坡南洋理工大学杨纯教授共同指导完成，赵玉刚副教授为通讯作者，硕士研究生姜芋鹏为该论文第一作者。本研究得到了国家自然科学基金（No.52276079）、空间探索实验计划（批准号TKTSPY-2020-01-01）、国家重点项目（批准号2020YFF0303901）、上海市地方科技发展基金中央指导意见（YDZX20213100003022）的资助。
该成果主要服务增材制造、注塑成型和光刻等三维加工工艺，可广泛用于制造多用途材料和复杂结构的小型物体。但现有技术通常依赖于大型设备和复杂流程，因此，亟需一种新的三维结构制造技术，保证结构可靠的同时可以简化制造流程，从而提高生产效率。由于液滴凝固具有灵活性和可调控性，现有研究通过调节表面形貌结构或化学润湿性，仅能实现二维平面上控制液滴形状。本文通过调控液滴凝固行为，首次实现了三维空间内的形状控制如封面所示，并得出液滴三维无模成型的基本规律，将液滴形状调控从二维层面转向三维层面，为介微观三维结构的加工制造提供了一种全新方法。
本文的研究内容包括：制备具有多边形的双浸润性表面，通过固定纳米流体液滴的接触线，在低温台上观察其凝固的过程，得到液滴高度和凝固后平台形状之间的变化规律。研究结果表明：三角形接触线固定的纳米流体液滴，凝固后平台形状随着高度的增加依次经历了三角形、六边形、反三角和六边形。理论计算和实验对比表明，复杂约束表面上的液滴可以被看作是具有不同接触半径的接触球，在给定液滴高度的情况下，会产生不同大小的顶部平台，这些尺寸的变化将决定凝固后最终顶部平台的形状。研究引入了形变因子，以两种机制描述随高度变化的颗粒堆积、界面流动和平台构造的作用传递机制。
图1 CRPS 期刊April 17封面和图形摘要
图2 双浸润性表面制备流程和液滴边界限定状态
图3 随高度增加顶部平台的规律性变化
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.101904
作者介绍
赵玉刚，上海市青年东方学者，上海理工大学能源与动力工程学院副教授，博士生导师。2003~2007年就读于西安交通大学，获材料物理本科学位。2007~2010年就读于中国工程物理研究院，获工程力学硕士学位。2010~2018在新加坡南洋理工大学，获热流工程博士学位并从事博士后研究工作。2018年入职上海理工大学能源与动力工程学院，主要从事结冰结霜和界面科学领域的研究工作，已在Cell Reports Physical Science , Applied Physics Letters，International Journal of Heat and Mass Transfer等国际知名学术期刊发表SCI论文30余篇。主持国家自然科学基金面上一项、上海市科/教委项目一项、空间站建设/军工项目等若干，参与了国家重点研发计划一项。受邀在国内国际会议上做邀请报告10余次，授权中国发明专利6项。任职Frontier in heat and mass transfer （SCI）副主编，Advances in aerodynamics （SCI）青年编委，空气动力学报 （EI）青年编委，实验流体力学（北核）青年编委，结冰与防除冰学会青年委员等。
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