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1、請(qǐng)問(wèn)你們課題組主要在做哪方面的科研工作？對(duì)高精密3D打印的需求有哪些？

陳華偉教授：我們實(shí)驗(yàn)室來(lái)自北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，長(zhǎng)期從事微納表界面科學(xué)、醫(yī)工交叉等方面的研究工作。隨著現(xiàn)階段微納技術(shù)和生物科學(xué)的快速推進(jìn)，對(duì)功能表面的制備提出了更高的要求，包括材質(zhì)的多樣化、多材質(zhì)的復(fù)合加工、微納結(jié)構(gòu)的高精度化、多級(jí)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以及大面積快速制備成型等。3D打印技術(shù)作為一種高精度結(jié)構(gòu)成型技術(shù)，相比于半導(dǎo)體微納制備工藝在材料多樣性和復(fù)雜結(jié)構(gòu)制備上有著更多的選擇。

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2、能概述一下近期發(fā)布在《AdvancedScience》的仿生相關(guān)研究所取得的突破和進(jìn)展嗎？（開(kāi)發(fā)過(guò)程、應(yīng)用情況、行業(yè)影響等）

陳華偉教授：長(zhǎng)久以來(lái)，樹(shù)蛙腳掌的強(qiáng)濕摩擦特性獲得了大量研究者的關(guān)注。與壁虎腳掌通過(guò)剛毛的范德華力產(chǎn)生粘附摩擦相比，樹(shù)蛙腳掌受到環(huán)境液體或自分泌粘液影響而無(wú)法形成范德華力，揭示其界面的強(qiáng)濕粘附機(jī)制，對(duì)探索微納流體和界面固-液微納耦合作用有著重大意義，也為精準(zhǔn)醫(yī)療器械和可穿戴傳感等新興領(lǐng)域的界面接觸研究提供了基礎(chǔ)。

樹(shù)蛙常見(jiàn)的濕摩擦解釋為，其腳掌在外壓力作用下，通過(guò)表面溝槽擠排出界面液體，提高固-固接觸，增大摩擦，與車輪表面的紋路作用類似，但該原理與樹(shù)蛙腳掌無(wú)外力作用下的強(qiáng)摩擦相矛盾。另一種解釋是樹(shù)蛙腳掌分泌出粘性粘液，能夠?qū)⒛_掌和基底粘合在一起，但通過(guò)測(cè)量腳掌粘液的粘度，發(fā)現(xiàn)其與純水幾乎無(wú)差異。樹(shù)蛙腳掌強(qiáng)濕摩擦之所以難以得到合理的解釋，主要原因在于粘液膜處于固-固界面之間，難以直接被觀察表征，其尺度又處于微納米級(jí)別，進(jìn)一步加劇了表征難度。

本實(shí)驗(yàn)室與清華大學(xué)雒院士團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)薄膜干涉原理，建立了界面納米液膜原位表征方法，通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)薄膜干涉條紋運(yùn)動(dòng)，觀察到了納米尺度的界面液膜變化和液膜毛細(xì)力對(duì)棱柱的變形作用。經(jīng)過(guò)估算，在棱柱和液膜間的固-液相互作用下，棱柱界面可以產(chǎn)生低于200 nm厚度的液膜，可形成7倍大氣壓吸附力使棱柱緊緊貼合基底表面。這就可說(shuō)明樹(shù)蛙腳墊即使在沒(méi)有外壓力作用下，仍能夠產(chǎn)生極強(qiáng)濕摩擦。進(jìn)一步在江雷院士的指導(dǎo)下，揭示了微納特征結(jié)構(gòu)對(duì)界面液膜的調(diào)控規(guī)律，建立了納米液膜增強(qiáng)機(jī)制。張力文博士為本文第一作者。

本研究通過(guò)揭示樹(shù)蛙腳掌利用其微納多級(jí)結(jié)構(gòu)形成的獨(dú)特界面液膜調(diào)控作用，發(fā)展出液膜自碎化增效和凹坑自吸附增強(qiáng)效應(yīng)，通過(guò)在界面間形成的納米液膜的強(qiáng)毛細(xì)吸附作用，達(dá)到了無(wú)外壓力下產(chǎn)生強(qiáng)濕邊界摩擦的效果。為濕粘附增強(qiáng)提供了一種新的方案，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療、可穿戴傳感等領(lǐng)域的接觸增強(qiáng)提供了新思路和新方法。

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3、請(qǐng)問(wèn)，在該研究過(guò)程中，深圳摩方公司的高精密微尺度3D打印技術(shù)發(fā)揮了什么樣的作用？其帶來(lái)的效果或影響如何？

陳華偉教授：傳統(tǒng)三維加工工藝，如SU-8光刻或者半導(dǎo)體硅工藝等，適合加工投影類的三維結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)也必須限制于能夠通過(guò)多次投影形狀復(fù)合，而對(duì)球、梯臺(tái)等非投影類三維結(jié)構(gòu)，則難以通過(guò)以上方式制備，限制了微納理論的推進(jìn)和仿生科學(xué)的研究。3D打印作為一種Bottom-up的制造工藝，不受結(jié)構(gòu)本身形狀特征限制，能夠有效的解決球、梯臺(tái)等非投影類三維結(jié)構(gòu)的制備問(wèn)題。本項(xiàng)研究為了驗(yàn)證粗糙對(duì)界面液膜影響，需要將粗糙基底表面放大、簡(jiǎn)化成微米尺度的密排凸包陣列，3D打印制備方法為此提供了一種有效快速的解決途徑。相比于普通3D打印的低精度，BMF提供了2 μm精度的3D打印技術(shù)，能夠?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)提供更小尺度、更高精度的實(shí)驗(yàn)樣品，從而更準(zhǔn)確的驗(yàn)證了研究理論的正確性。

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論文信息：

Micro–Nano Hierarchical Structure Enhanced Strong WetFriction SurfaceInspired by Tree Frogs

Liwen Zhang, Huawei Chen*,Yurun Guo, Yan Wang, Yonggang Jiang, Deyuan Zhang, Liran Ma,Jianbin Luo, LeiJiang

論文鏈接：北京航空航天大學(xué)陳華偉教授課題組
課題組來(lái)自北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，長(zhǎng)期從事微納表界面科學(xué)、醫(yī)工交叉等方面的研究工作，師法自然，從自然中汲取創(chuàng)新靈感，在揭示生/機(jī)界面效應(yīng)規(guī)律中首次發(fā)現(xiàn)了超濕滑、強(qiáng)濕摩擦及微納界面流體新現(xiàn)象與新機(jī)制，提出了生/機(jī)界面創(chuàng)新設(shè)計(jì)新方法，研制出仿生醫(yī)療器械及表面功能化制造設(shè)備，成功應(yīng)用精準(zhǔn)醫(yī)療器械防粘防滑，發(fā)表了國(guó)內(nèi)機(jī)械工程學(xué)科首篇 Nature；在植/介入、可穿戴傳感技術(shù)領(lǐng)域，提出了微納結(jié)構(gòu)仿生增效設(shè)計(jì)方法，研制出基于微結(jié)構(gòu)信號(hào)增強(qiáng)的柔性生物信號(hào)傳感器。實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)30余項(xiàng)科研項(xiàng)目，包括國(guó)家自然科學(xué)基金重大、重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等，獲得國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金、“萬(wàn)人計(jì)劃”創(chuàng)新領(lǐng)軍人才和日本 JSPS學(xué)者支持。發(fā)表研究論文 80 余篇，其中近五年發(fā)表 SCI 論文 30 篇包括Nature、Nature Materials、Advanced Materials 等，獲批專利 20 項(xiàng)，合著專著 4 部。

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專注于高精密微尺度3D打印領(lǐng)域，是全球微尺度3D打印技術(shù)及精密加工能力解決方案提供商。目前，摩方擁有全球領(lǐng)先的超高打印精度（2μm/10μm/25μm），高精密的加工公差控制能力（±10μm/ ±25μm/±50μm），配置韌性樹(shù)脂、硬性樹(shù)脂、耐高溫樹(shù)脂、生物樹(shù)脂等打印材料，提供制造復(fù)雜三維微納結(jié)構(gòu)技術(shù)解決方案，同時(shí)，可結(jié)合不同材料和工藝，實(shí)現(xiàn)終端產(chǎn)品高效、低成本批量化生產(chǎn)及銷售。

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