具有维管结构的双分散多孔材料中的可调输运

我们研究了合成双分散多孔结构中的输运现象，该结构具有由纳米多孔层互连的微通道阵列。这些结构的灵感来源于维管植物的木质部组织，在其中树液从根部输送到叶片以维持水分并携带微量营养素。我们在三种条件下实验评估了输运过程：高压驱动流、自发渗吸和蒸腾驱动流。后一种情况类似于活体植物中的情况，其中大量液态水在亚稳态（负压）下向上输送，由叶片中的蒸发驱动；在此我们报告了在低至 $\sim -15$ MPa 驱动力下的稳定蒸腾驱动流。通过改变微通道的形状，我们展示了可以通过简单解析（有效介质）方法和双分散介质中流场的数值模拟，以可预测的方式调节这些输运过程的速率。我们还表明，单一结构——具有固定几何形状——的自发渗吸行为可能会因其制备状态（充满空气与抽真空）的不同而表现出巨大差异，这是由于微通道中气体传导率发生了剧烈变化；这种变化提供了调节双分散类木质部结构输运速率的第二种方法，即通过在充满空气和抽真空状态之间进行切换。