从液相界面张力的角度来看,设计办法能够分为高界面张力和低界面张力设计。图1.液态界面张力设计方法及未来研究展望 (A)高界面张力设计使3D打印特征不稳定,导致它们破裂成液滴。(B)用于组织工程的液滴打印。(C)低界面张力设计倾向于形成连续的片段。(D)连续液体材料打印用于3D血管模型。(E)具有不一样界面张力设计方法的潜在研究领域。
高界面张力通常发生在具有不一样极性的液体之间,例如亲水材料与疏水材料(图1 A)。根据Plateau-Ray leigh不稳定性原理,高界面张力效应会阻碍从疏水液体中挤出精细特征的打印,导致使用液体制备连续纤维时形成液滴(图1 B)。高界面张力设计可通过打印材料的液滴形状来制备多种新材料,这些材料在软机器人和组织工程等领域有应用。
当环从一相移动到另一相时,可以测量由于拉动液膜而引起的环润湿长度上的受力。Wilhelmy板法:
测定体相液中针头上由界面张力产生的液滴形状。界面张力能够最终靠液滴形状分析由液滴图像测得。受束座滴法:
在低界面张力设计中,随着界面张力的降低,不同液体之间的界面倾向于形成平坦且连续的形状(图1 C)。然而,随着印刷液体材料长度的增加,液体界面的不稳定性可能会引起结构断裂。为客服这一问题,安杰利尼及其同事最近提出了一种超低界面张力设计用于3D打印,该设计涉及使用化学性质相似的支持材料来消除界面张力的不稳定性(图1 D)。利用由水滴组成的乳液和连续的硅油材料,实现了几乎能忽略不计的界面张力(g≈0.08 mN/m),并优化了新支撑材料的流变性能以防止打印材料和支持材料的混合。同时,他们能够在不牺牲材料机械性能的情况下制造复杂的高分辨率硅锥结构,因为超低界面张力的支撑材料可以在打印过程中产生稳定且连续的材料。通过限制液相界面不稳定性并保持打印材料的良好机械性能,低界面张力设计在医疗保健领域显示出巨大潜力,能够适用于个性化植入物和患者生理模型的新材料。除了3D打印技术之外,还可以说慢慢的变多的新型材料被设计成高、低界面张力,并被应用到各种新兴技术中,如液态金属成形技术、微流控技术和液体门控技术(图1E)。
SDT旋转液滴张力仪可以测量低至10-6mN/m界面张力,并且在研究微乳液形成条件时经常被使用。
考虑到高、低界面张力特性对构建新型概念材料的重要性,液-液或液-固之间的调节和匹配响应的界面张力在材料稳定性和功能性方面起着关键作用。例如,由液体和固体组成的新型液体材料是通过界面物理化学设计的;液体能够给大家提供功能结构单元,而固体则可以为液体提供结构基质或受限空间。它结合了固体材料和液体材料的特点,并具有无缺陷、快速动态响应、软界面和适应性等优点。因此,有望从这些材料精确控制高、低界面张力这一仍处于快速发展阶段的领域中实现现实应用的新概念材料突破。