近期，我校物理與電子工程學(xué)院信息材料物理與器件團(tuán)隊在Nature子刊《Nature Communications》上發(fā)表題為《Self-powered droplet manipulation for full human-droplet interaction in multiple mediums》的最新研究成果，重慶師范大學(xué)孫劍峰博士為第一作者，陳杰副教授為第一通訊作者，重慶師范大學(xué)為第一完成單位。
Nature Communications（NC）是Nature子刊，創(chuàng)刊于2010年，由自然出版集團(tuán)出版，主要發(fā)表生物、健康、化學(xué)、環(huán)境科學(xué)和地球科學(xué)等領(lǐng)域的高質(zhì)量研究進(jìn)展。作為綜合性領(lǐng)域最大的開源期刊之一，Nature Communications聚焦于自然科學(xué)領(lǐng)域各個方面的突破性進(jìn)展，致力于發(fā)表各領(lǐng)域的高質(zhì)量研究。
液滴操控在能源、環(huán)境和醫(yī)療等領(lǐng)域都極具發(fā)展?jié)摿?。然而現(xiàn)有的液滴操控系統(tǒng)仍然缺乏一種能同時滿足自供能、人與液滴相互作用、高效率、靈活性和通用性要求的方法。為了解決這一問題，研究團(tuán)隊開發(fā)了一個基于全向摩擦電鑷子的人與液滴交互平臺，該平臺可直接利用人體運動產(chǎn)生的摩擦電荷來操控液滴。全向摩擦電鑷子（OTT）通過簡單的滑動動作，產(chǎn)生操控液滴所需的電荷和電場，從而擺脫了對傳統(tǒng)電源和復(fù)雜電極陣列的依賴。此外，其全向操作能力進(jìn)一步提高了液滴操控的靈活性和精確性。這項工作展示了通過手部動作在氣相和液相中對液滴進(jìn)行有效操控的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)一系列操作，如高效運輸、精確定位、靈活轉(zhuǎn)向、化學(xué)反應(yīng)混合以及藥物提取等，彰顯了其廣泛的應(yīng)用能力。
這項工作展示了一個基于全向摩擦電鑷子的人與液滴交互平臺，該平臺利用全向摩擦納米發(fā)電機(jī)（O-TENG）的設(shè)計，實現(xiàn)了在多種介質(zhì)中對液滴進(jìn)行靈活且精確的操控。全向摩擦納米發(fā)電機(jī)的工作模式已從傳統(tǒng)的一維線性運動提升為二維平面運動，顯著增強(qiáng)了其通用性。值得注意的是，全向摩擦納米發(fā)電機(jī)展現(xiàn)出強(qiáng)大的輸出能力，在80毫米的滑動距離上可實現(xiàn)11.7千伏的輸出電壓。這一能力與靜電鑷子相結(jié)合，使得全向摩擦電鑷子系統(tǒng)不僅能夠為液滴提供電荷并產(chǎn)生電場，還能夠精確控制液滴的運動方向，解決了諸如需要外部電源、復(fù)雜的電極陣列以及操作靈活性受限等問題。直接電荷注入方法能夠為液滴提供大量電荷，而強(qiáng)大的靜電力則確保了對液滴進(jìn)行高效且精確的操控。對氣相和液相中支配液滴行為的力進(jìn)行的理論分析，闡明了所施加的電壓（與摩擦納米發(fā)電機(jī)的滑動距離成正比）與液滴速度之間的關(guān)系，展示了基于全向摩擦電鑷子的液滴操控在空氣和二甲基硅油中的通用性，實現(xiàn)了一系列復(fù)雜的運動，如高速移液、精確定位、靈活轉(zhuǎn)向、化學(xué)反應(yīng)的混合以及非侵入性樣品提取。這些復(fù)雜的操控是通過手部動作控制來完成的，彰顯了人與液滴交互的同步性和精確性。
物理與電子工程學(xué)院持續(xù)推動“有組織的科研”，信息材料物理與器件團(tuán)隊通力合作，連續(xù)在《Nature Communications》《Advanced Materials》《Advanced Functional Materials》《Advanced Energy Materials》等材料物理類權(quán)威期刊發(fā)表論文，產(chǎn)生廣泛學(xué)術(shù)影響。
原文連接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57656-2
