用于壁面微气泡约束成型重构的柔性多级结构制造及操控
批准号:
52075433
项目类别:
面上项目
资助金额:
57.0 万元
负责人:
王兰兰
依托单位:
学科分类:
微纳及原子级制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王兰兰
中文摘要
瞄准海洋发展战略对水下新型智能结构制造和操控的迫切需求,本项目创新性地提出了一种用于水下高压环境中柔性多级结构操控的壁面气泡约束成型策略,即利用柔性微纳米结构亲疏水相间的固体壁面形成连续稳定的气膜,在拉普拉斯压力梯度和表面能梯度的作用下,实现可重构的壁面微气泡约束成型控制。该方法突破了气泡润湿稳定性受制于水下复杂恶劣应用环境的困扰,实现液相高静水压力和强液流剪切作用下微气泡的定向连续稳定输送。本项目旨在探究柔性多级结构空间形态对壁面微气泡约束成型机理,研究柔性微纳米多级结构的外场操控分步模塑成型方法;通过壁面气膜的多参量(气液界面分数、气膜层厚度、定向气泡输运)综合调制,解决微气泡溢出与连续稳定输运的矛盾,为水下高压环境下气-液-固的界面行为调控提供一种柔性微纳米多级结构的制造及操控方法,支持我国海洋工程的快速发展。
英文摘要
Aiming at the urgent demand of the marine development strategy for new underwater intelligent structures and manufacturing, this project innovatively proposes a wall-bubble-constrained-forming strategy by manipulating reconfigurable flexible multi-level structures in an underwater high-pressure environment. Specially, a continuous and stable gas film will be constructed on the hydrophilic-hydrophobic interphase solid wall of reconfigurable flexible micro-nano structures. With Laplace pressure gradient and surface energy gradient, multi-parameter control of the gas film will be realized. This method breaks through the limitation of the complex and harsh underwater environment to the wetting stability of bubbles, and realizes the continuous, directional and stable delivery of micro-bubbles under conditions of high hydrostatic pressure and the strong liquid-flow shear force. This project aims to investigate the comprehensive manipulation mechanism of the spatial shape of the reconfigurable flexible multi-level structure towards the multi-parameters of the gas film, study the step-by-step molding method of reconfigurable flexible micro-nano multi-level structures in external fields, establish continuous and stable gas transportation, and solves the contradiction between bubble overflow and continuous transportation. Eventually, for manipulating the gas-liquid-solid interface behavior in underwater high-pressure environment, this project will provide a novel manufacturing and control method of flexible multi-level structures, which will promote the rapid development of Chinese marine engineering.
本项目在国家自然科学基金委的资助下,围绕“水下高压环境中可重构柔性多级结构操控的壁面气泡约束成型”这一关键技术与科学问题展开研究。项目团队开展了可重构柔性多级结构和亲疏相间表面的快速制造实验,发展了多材料体系微结构定域化制造方法,建立了微机械拉伸流变成型模型,探索了微纳米尺度湿表面的空间形态定向/定域化操控技术,并解决了湿表面润湿性能的动态响应和气体连续输运的技术难题。项目圆满完成了既定研究目标,并取得了一系列创新性成果。具体成果包括:提出了微纳多级异质微米纤维阵列的拉伸制造方法,成功制备了具有不同形态和功能的大深宽比微米纤维阵列;研发了微纳多级异质微米纤维阵列位姿操控新装置,解决了微纳结构表面润湿性动态响应和气膜输运问题;研究了用于构筑拒水亲气表面的柔性多级结构设计与制造,提出了优化结构和材料性能的方法以提高表面的防水亲气性能。此外,项目团队还在国际权威期刊上发表了10篇学术论文,申请了4项发明专利。本项目为水下高压环境中的柔性结构操控与表界面性能优化提供了理论与技术支撑。
光学超分辨检测用柔性可重构微透镜的定域化制造与主动操控
-
批准号:51705407
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:25.0万元
-
批准年份:2017
-
负责人:王兰兰
-
依托单位:
国内基金
海外基金