跳动城乡网自然界中的鲨鱼由于其高减阻能力而在深海中高速游泳。鲨鱼皮周围的水流被称为细齿的交错和重叠的微型结构扰乱。除了这种表面粗糙度之外，水还会在流固界面上滑动，各个微齿上有多个凹槽状微沟槽。
此外，由于鲨鱼皮具有从牙釉质到真皮的四层结构，因此具有很高的抗渗透性。鲨鱼皮从外到内有硬上软的分层机械梯度。
这种在自然界中发现的独特且功能性的鲨鱼皮激发了这项研究，该研究发表在《先进材料》上，这是第一个微制造具有锋利微肋的三维(3D)重叠微齿的研究。3D人造鲨鱼皮能够通过模仿天然鲨鱼皮的形态和材料特征来实现多种功能。
之前已经进行了许多研究来开发模仿天然鲨鱼皮且具有功能优势的人造鲨鱼皮。然而，在保持微齿上微沟槽形状的同时形成3D重叠形态是很困难的。对于以狭窄间隙周期性排列的聚合物基微齿来说，不期望的热变形仍然是一个问题。
为了解决这个问题，Wie和他的同事使用磁性颗粒和弹性聚合物的复合材料制造了肋状纹理的微齿。接下来，3D微齿在外部磁场下被诱导弯曲，直到它们相互重叠。
虽然这是一个有趣的概念，但需要对这种磁性重叠进行形状修复，以便在去除磁场的情况下使鲨鱼皮发挥功能。汉阳大学有机与纳米工程系教授JeongJaeWie表示：“我们新开发了一种化学形状固定策略来制造3D交错重叠的鲨鱼皮。”
“需要反向驱动微齿，在鲨鱼皮上涂上一层薄薄的聚合物液态树脂。改变正向驱动后，聚合物薄层就会固化，从而完成具有固定磁性重叠的3D人造鲨鱼皮的微加工。”，该发表的研究的第一作者JeongEunPark说。
“这项工作的独特之处在于，他们的3D人造鲨鱼皮能够展示多种功能，而其他研究只能记录一两个功能，”魏圣美的合作者、蔚山大学的SeungGooLee说。
研究团队首先展示了天然鲨鱼皮的代表性功能——减阻功能。具有疏水性的3D人造鲨鱼皮可减少水流沿微纹正面方向流动时的阻力。
“在我们的疏水性鲨鱼皮中，微型气泡被困在重叠的微齿中，导致气泡上的水层滑落，”魏氏的合作者、汉阳大学的RhokyunKwak补充道。
除了这种减阻功能之外，由于交错重叠的微齿结构，他们的3D人造鲨鱼皮在正面刮擦样品时表现出低摩擦力，并且具有结构恢复的高机械鲁棒性。
“有趣的是，这些功能可以通过在机械柔软的聚合物鲨鱼皮上涂上纳米级薄层机械脆性材料来改善。这个概念是受到天然鲨鱼皮的硬对软层状结构的启发，”Wie补充道。
“通常情况下，机械软薄膜在与周围障碍物接触时具有很高的表面摩擦力。然而，在这项工作中，当用薄陶瓷涂覆鲨鱼皮时，摩擦系数会降低，因为这种三层鲨鱼皮上同时存在坚硬和柔性的特性，”Wie解释道。合作者，韩国科学技术院的SanhaKim。
随后，魏圣美的团队在三层鲨鱼皮上涂上了一层薄金属。在压痕测试中，与无涂层聚合物鲨鱼皮相比，四层鲨鱼皮表现出更高的硬度和可恢复功。特别是在结构恢复方面，“可恢复的功可以存储在弯曲的微齿中，而机械脆性材料的薄层可以增强3D人造鲨鱼皮的弹性应变能，”Kim补充道。
此外，对于微纹理电子应用，当基于聚合物的鲨鱼皮涂有导电MXene材料时，它具有5.3Ω的低电阻。
“即使在施加低电压(例如，230°C，2.75V)时，MXene涂层鲨鱼皮也能实现高温焦耳加热。此外，由于MXene材料的亲水性，鲨鱼皮的润湿特性也从疏水性变为亲水性”，魏圣美的合作者汉阳大学的TaeHeeHan说道。
Lee表示：“这项研究首次报告了3D人造鲨鱼皮可展示的多种功能，在各个领域都有许多潜在的应用。”例如，如果将这种多功能人造鲨鱼皮技术应用于航运业，可以通过减少燃料消耗、提高船舶使用寿命来产生经济效益。
“对于未来的应用，使用我们的3D人造鲨鱼皮的船舶有望快速航行，同时减少阻力，减少与周围障碍物接触的摩擦，并减少海洋中外部撞击造成的损坏，”Wie补充道。
