一条无形“安全带”让液体在极端颠簸中稳如泰山 | 前沿动态

原文发表于 《科技导报》2025年第22期科技新闻-前沿动态

一条无形“安全带”让液体在极端颠簸中稳如泰山

图片来源：摄图网

液体晃动是容器加速度变化引起的自由液面运动，常导致液体溢出、浪费和操作效率低下，尤其给日常生活、工业运输和实验室安全带来诸多挑战。现有防晃策略，如挡板设计、泡沫填充等，在真实动态环境中效果有限，亟需一种更智能、更稳定的解决方案。

中国科学院理化技术研究所董智超、于存龙团队从猪笼草和睡莲等自然原型中汲取灵感，发现了表面润湿性对流体控制的关键作用，提出一种“双仿生”容器界面设计，实现了复杂动态环境下液体晃动的高效抑制与稳定控制。2025年11月14日，相关研究成果发表于

Science Advances

研究团队通过对东南亚猪笼草捕虫囊的系统观察发现，其内壁上部为超疏水蜡质区，下部为亲水消化区，两者交界处形成一条“亲水-超疏水界线”，可在无机械部件的情况下充当液面的“无形安全带”，显著降低液体晃动和溢出。风洞实验表明，当液面处于该界线附近时，液晃幅度最小、稳定性最高。另外，自然界中睡莲叶缘常呈现“缺角”结构，有利于水流有序汇聚与排出。研究人员将“异质浸润性界线”和“缺角边缘”进行协同设计，构建出具有双重仿生特征的容器结构。

在标准振荡测试中，普通容器在振荡约15次后即出现明显溢出现象，而采用双仿生结构的容器在振荡5000次后液体仍能保持稳定不溢出，防晃性能实现数量级提升。为贴近应用场景，团队将该设计集成于一次性纸杯中，开展了手持行走、跑步、骑行及车辆行驶等多种工况下的系统测试。结果显示，仿生纸杯在非规则扰动与周期性颠簸条件下均能有效抑制液面“爬杯沿”和外溢。在极端路测中，研究人员将由4层仿生纸杯搭建的“香槟塔”固定于运动型多功能汽车（SUV）车顶，以约10 km/h车速连续驶过50个交替布置的减速带，仿生杯塔内液体溢出率为0，而普通纸杯对照组液体损失超过40%。

该研究表明，通过精细调控界面浸润性分布与边界几何形貌，仅依托被动仿生结构即可在无外加能耗、无复杂机械结构的条件下实现高效“锁液”。相关成果为化工与危险品运输、航空航天推进剂管理、医疗与生物试剂输运，以及日常随行饮品包装等领域提供了新的设计思路，也展示了仿生界面材料在服务安全与舒适需求方面的应用潜力。

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