本研究由河北科技大学机械工程学院Lixin Wang及其所在团队完成，并发表在期刊 《Bioinspired, Biomimetic and Nanobiomaterials》。论文以猪笼草 Nepenthes alata 投手内壁滑区为仿生原型，利用三维打印技术构筑类似微尺度弯月细胞与纳米蜡晶的复合结构，再通过高压静电吸附将片状石墨引入表面，制备出具有明显各向异性超疏水性的仿生表面。作者系统表征了不同结构参数下的接触角与滑动角，实现了各向异性超疏水效应的可调控，为低成本制备功能化超疏水界面提供了一条简化技术路线、。

猪笼草投手内壁滑区是近年来仿生润滑与超疏水研究中的重要自然模板。已有研究表明，该区域表面由散布分布的微尺度弯月细胞以及致密重叠的纳米尺度板片状蜡晶构成，二者形成的微纳复合粗糙结构，使水滴在其上呈现极高接触角和极低滑动角，并兼具自清洁性能。更为关键的是，弯月细胞在“朝下”和“朝上”两个方向上具有高度非对称的坡面／陡壁几何形态，导致液滴在不同方向滚落时所需临界倾角显著不同，从而产生各向异性超疏水性和“棘轮效应”。基于改进的 Cassie–Baxter 模型与数值模拟，前期工作已从理论上揭示了这种微纳结构对润湿状态、浸润比例与接触角的定量影响，为本研究的仿生结构设计提供了参数基础。

在此背景下，本文的核心思路是将滑区的两级结构抽象为可工程化构型：将弯月细胞等效为周期排布的“温室”型微结构，将纳米蜡晶等效为覆盖于其表面的微粒阵列。作者首先基于前期对猪笼草滑区形貌参数的测量结果，设计了具有坡面与陡壁两部分的“温室”结构，使其高度与倾角在两个方向上保持明显差异，以保留类似天然弯月细胞的棘轮几何特征。随后，利用飞秒激光双光子三维微纳加工系统 Photonic Professional GT2（Nanoscribe 公司设备），在光固化材料 Ormocer 及配套光敏体系基础上，实现了微米尺度高精度打印。通过调节激光波长、功率与扫描速度，作者构建了不同“温室密度”（以长度与横向间距比 l/L 表征）的周期阵列，l/L 分别为 0.8、0.6、0.4 和 0.2，对应由稠密到稀疏的结构排布。Nanoscribe 高精度三维打印系统在该工作中主要用于构筑具有特定高度、倾角和周期参数的微尺度“温室”阵列，从而在宏观上复制猪笼草滑区的关键微观几何特征。

在微结构成形之后，作者引入高压静电吸附工艺，将 1.3 μm 尺度的片状石墨吸附到已打印的“温室”结构表面，使其在微凸起之间形成一层不连续但致密的颗粒覆盖层，以此仿生替代天然表面的纳米蜡晶阵列。具体操作上，通过在盛放石墨粉末的玻璃容器底部与倒置样品顶部分别放置铝板，并施加 16–18 kV 直流高压，利用静电力驱动石墨颗粒沿场强方向迁移并附着于“温室”表面。片状石墨自身为低表面能材料，对水滴表现出疏水特性，与三维打印形成的微尺度粗糙度相结合，在液滴接触界面形成类似 Cassie 状态的“固–气”复合界面。相对于传统的多步刻蚀、化学沉积和润滑液注入工艺，这种“3D 打印构形 + 静电吸附颗粒”的组合路径显著简化了制备流程并降低了成本，同时保留了对结构参数的可设计性。

为评价所得表面的各向异性超疏水性能，作者使用光学接触角／滑动角分析仪，对不同 l/L 值样品的静态接触角和沿“朝下／朝上”方向的滑动角进行了系统测试。结果表明，随着“温室”密度的提高（l/L 从 0.2 增加到 0.8），样品的接触角由约 143.4° 增加到 152.6°，在 l/L=0.8 时达到典型超疏水阈值以上。作者将这一趋势归因于结构密度升高导致表面有效固体分数增加、液滴难以深入大间隙区域，空气更易被困于微结构间，从而提高了表观接触角。另一方面，在最优结构密度（l/L=0.8）下，液滴沿“朝下”和“朝上”两个方向的滑动角分别为约 3.07° 和 5.69°，二者相差超过 80%，清晰体现出由坡面／陡壁不对称结构引起的润湿各向异性。与天然猪笼草滑区相比，仿生样品的滑动角略有升高，但各向异性相对幅度保持在相近水平，说明通过宏观可加工结构已经能够有效复现生物表面的功能特征。

在机理分析部分，作者结合改进 Cassie–Baxter 模型与前期对滑区结构的理论研究，进一步讨论了结构参数对超疏水性和各向异性的调控作用。一方面，材料本身的疏水性为实现超疏水提供必要前提，但要达到接触角大于 150° 的超疏水状态，必须依赖微纳尺度粗糙度与气体囊泡的共同作用。对于本研究中尺寸在 10–100 μm 量级的“温室”阵列，当横向间距过大时，结构间的大尺度空腔不利于稳定困气，液滴易发生局部浸润，导致表观接触角降低。因此，通过减小间距、提高“温室”密度，可以有效提高困气能力，从而增强超疏水效应。另一方面，各向异性主要来源于沿两个方向高度和倾角均显著不同的坡面与陡壁设计。类似于棘轮爪机构，这种非对称几何使液滴在“顺坡”方向滚动时受到的能垒较低、滑动角较小，而在“逆陡壁”方向滚动时需要克服更高的几何势垒，表现为明显增大的临界倾角。作者据此指出，适当放大坡面与陡壁之间的高度差与倾角差，有望进一步增强各向异性，但具体调控规律仍需在更广参数空间内系统研究。

总体来看，该工作在保持制备流程简洁与成本可控的前提下，实现了对各向异性超疏水性能的结构化设计与调控，为仿生功能界面的工程化提供了有代表性的技术范例。一方面，3D 打印与高压静电吸附的组合工艺具有较强的结构可设计性和材料适配性，未来可拓展至其他仿生原型（如叶片、昆虫表皮等），构筑兼具超疏水、自清洁、防结冰或抗腐蚀等多功能的表面结构。另一方面，具有各向异性润湿行为的表面在液滴定向传输、被动驱动微流控、自清洁导流以及防污减阻等场景中具有潜在应用价值。结合更高分辨率的微纳加工手段和多尺度仿真设计方法，有望在后续工作中进一步缩小与天然滑区在结构尺度和性能上的差距，实现对界面润湿行为更精确的定量调控。