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毛细现象是微流体科学领域最基础、应用最广泛的经典流体效应之一。毛细现象能够实现液体自发爬升与渗透，但该效应的作用空间存在局限，其稳定发挥作用的尺度普遍在1毫米以内，一旦超出这一尺寸范围，毛细作用力会快速减弱。此外，液体依靠浸润产生流动，其方向固定单一，无法根据实际使用需求灵活调控浸润方向与液体输送路径，极大地限制了毛细现象在流体定向输运场景中的应用。

针对上述问题和挑战，西安交通大学机械工程学院张辉副教授团队提出了微纤毛3D流体二极管，通过在微管内构筑具有方向性的微纤毛结构，使液体沿特定方向浸润，而在反向输运时受到明显阻滞。该构型不仅实现了液体在毛细管的单向浸润，而且显著增加了毛细作用尺寸。研究进一步优化了纤毛排布与纤毛曲线，阐明了结构诱导流体单向输运的作用机制，并验证了其对多类液体均具有稳定的调控性能，为微管道的流体引导设计提供了新的实现路径。

此外，相关结果展现出了其在流体筛分和智能润滑器件设计中的应用潜力。将不同曲面微纤毛结构布置于分支通道中，可使液体依据润湿性自主选择铺展路径，实现定向输运与流体筛分。将该结构垂直布置于摩擦界面，可持续将润滑油输送至接触区域，促进稳定油膜形成，从而降低摩擦磨损。

近日，该研究成果以《三维毛细液体二极管用于选择性液体引导与智能润滑》（3D Capillary Liquid Diode for Selective Liquid Steering and Smart Lubrication）为题发表于国际权威期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室为唯一通讯单位。西安交通大学机械工程学院张辉副教授为论文第一作者，张辉副教授、代松杰和秦立果教授为共同通讯作者。西安交通大学董光能教授为本研究工作提供了宝贵的建议。该研究得到国家自然科学基金项目资助。论文中的形貌表征等测试工作得到了西安交通大学分析测试共享中心的大力支持。