近日，我校工程科学学院朱志强特任副研究员、司廷教授和徐晓嵘教授提出了一种可编程脉冲气动打印方法，建立了多界面液滴制备的理论预测模型凯发主页集团凯发主页集团，实现了宽Z数多界面液滴的可控打印凯发主页集团。相关成果以“Programmable pulsed aerodynamic printing for multi-interface composite manufacturing”为题凯发主页集团凯发主页集团，5月17日在线发表于国际学术期刊《Matter》上凯发主页集团凯发主页集团。
软物质的图案化在生物学凯发主页集团、医学凯发主页集团、化学凯发主页集团、材料科学和工程等领域具有重要应用。液滴微流动通过对微尺度流体运动进行操作、检测或控制，可以精准制备多种软材料的液滴，并能够精确控制液滴的大小凯发主页集团、结构和组成。因此凯发主页集团凯发主页集团，基于液滴微流动的打印技术是一种有效软物质图案化的策略凯发主页集团。在该技术中，液滴的物性参数、结构特征以及运动状态等对液滴与界面（即液体或固体表面）之间的相互作用以及最终图案的形成至关重要凯发主页集团凯发主页集团凯发主页集团，从而衍生出人造细胞、药物输送、微型机器人和3D打印等应用。近年来凯发主页集团，研究团队在液滴微流动方面取得了较大进展凯发主页集团，自主开发了复合流动聚焦凯发主页集团凯发主页集团、复合界面剪切等多种先进微流动技术，揭示了复杂界面流动与调控机理[Chemical Engineering Journal, 433: 134495,2022;Materials Horizons, 8: 1756-1768, 2021；Lab on a Chip, 20: 1249-1258, 2020；Journal of Fluid Mechanics, 936: A6, 2022；Journal of Fluid Mechanics, 954: A46, 2023]。然而凯发主页集团，可控打印宽Z数范围（与奥内佐格数成反比凯发主页集团凯发主页集团，度量流体粘性力与惯性力和表面张力的相互关系凯发主页集团凯发主页集团凯发主页集团，反映了液滴制备的材料适用性凯发主页集团、灵活性等特征）的多界面液滴仍然面临着很大挑战凯发主页集团。
PPAP技术原理和高Z数图案化凯发主页集团，用于制作柔性电路凯发主页集团、微胶囊阵列及3D微结构等
研究团队建立了多界面液滴制备的理论预测模型凯发主页集团，揭示了PPAP实现宽Z数液滴打印的力学机理凯发主页集团。通过数值模拟结合高速图像分析凯发主页集团，展示了液滴形成过程的稳定性和可重复性凯发主页集团。研究团队证明了PPAP的广泛的材料适用性，实现了不同尺寸的液滴的连续和可编程化打印，并可广泛用于各种乳液、微颗粒以及微胶囊的精准制备。研究团队进一步展示了PPAP技术在细胞封装凯发主页集团、药物传输凯发主页集团凯发主页集团、柔性电路和3D亚体素微结构等领域的应用潜力。由于液滴生成空间较为开放，颗粒的制备过程无需油相驱动和添加表面活性剂凯发主页集团，从而解决了传统载细胞微颗粒制备过程复杂的痛点凯发主页集团。利用PPAP技术的气流强剪切作用凯发主页集团，研究团队实现了液态金属柔性电路的可控制造，拓宽了液态金属的应用范围凯发主页集团凯发主页集团。同时凯发主页集团，基于PPAP技术的可扩展性和主动可编程性凯发主页集团，成功获得了智能响应性微胶囊梯度阵列凯发主页集团。最后凯发主页集团，研究团队利用三维运动平台凯发主页集团凯发主页集团，成功制备了3D亚体素微结构。
研究团队的朱志强特任副研究员为论文的第一作者，司廷教授和徐晓嵘教授为通讯作者，黄芳胜博士、穆恺博士和硕士生陈天傲为共同作者。该研究得到了国家重点研发计划凯发主页集团、国家自然科学基金、中科院青促会优秀会员凯发主页集团凯发主页集团凯发主页集团、中组部青年拔尖人才凯发主页集团、省重点研发计划等项目的资助。