2025年盛夏，全球能源轉型進程加劇：一方面，清潔能源投資持續升溫，全球綠色基礎設施建設提速；另一方面，區域間的發展鴻溝與結構性矛盾日益凸顯。以中國為代表的新興經濟體正成為清潔能源產業的中堅力量——2024年中國清潔能源投資總額達到6250億美元，連續十年全球居首，光伏、風電與儲能技術構建起完整的全鏈條生態，帶動其能源轉型指數躍升至全球第12位。
在這一多維博弈背景下，微納3D打印技術因具備高結構自由度、跨尺度制造能力優勢正逐步成為能源科學中的突破變量。它不僅為電化學儲能、綠色催化與微流控傳質等關鍵子領域提供更精細、更功能化的結構構建手段，也正在重塑科研范式與工程實現路徑。
近期，Nature、Chemical Engineering Journal 和 Advanced Science 等國際頂刊接連發表研究成果，展示了微納3D打印在能量轉化效率提升、反應界面調控以及多物理場響應等方面的顯著潛力，預示其將在未來能源系統中扮演關鍵角色。
Nature Communications：微納3D打印錐型結構表面，實現氣泡快速收集
自由上升的氣泡捕獲超越了其起源于自然過程，例如潛水昆蟲的呼吸和水生植物的氣體交換，鞏固了其在廣泛行業中的重要性，包括海洋甲烷捕獲、減阻、能量收集和水處理。通過將粗糙的紋理與低表面能材料相結合，在特征結構內形成氣層，在親氣表面上實現顯著的氣泡吸附，將它們與不潤濕但不一定吸收氣泡的疏水表面區分開來。微/納米級紋理，如凹坑 、凹陷或多孔結構，極大地增強了親氣表面，表現出超好氣性，允許在第一次接觸時快速捕獲上升的氣泡，而不是彈跳或逸出。
來自香港理工大學、上海交通大學的研究團隊，受鼠尾草葉子的啟發，其微錐利用了毛狀體組件的獨特規模，大小為數百微米。觀察到這些特征有助于在與鼠尾草葉子初次接觸時快速捕獲氣泡。盡管不同物種的精細頂點結構存在差異，但它們在氣泡捕獲方面都表現出很高的功效，達到低于 2.5 毫秒的時間。這種一致的性能促使研究團隊更深入地研究微觀結構夾住氣泡的普遍機制。通過摩方精密面投影微立體光刻 3D 打印系統：nanoArch P140（精度：10微米）制造了微錐形結構表面，形成高約 600μm，底部半徑約 346μm，間距 1 毫米的仿槐葉萍葉片表面的錐形毛狀體。這些關于微觀結構作用，將為親氣材料提供替代視角，實現從微流體到海底甲烷收集和減阻的廣泛應用。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-59049-x
Chemical Engineering Journal：以竹筍為靈感的超高錐形多孔蒸發器
太陽能驅動的海水蒸發對于淡水生產來說是可持續的，但受到水源、廢物耐受性和耐久性的限制。來自哈爾濱工業大學的研究團隊，提出一種以竹筍為靈感的多壁碳納米管基復合材料錐形多孔蒸發法，該工藝在高鹽度和污染條件下表現出超高水輸送、高蒸發效率和拒鹽性能。
利用摩方精密PμSL 3D打印系統：S140（精度：10微米），采用紫外光固化丙烯酸樹脂和多壁碳納米管組成的復合光熱樹脂，一體化制備仿竹筍多孔蒸發器空錐形多孔結構(BSCPE) ，中空間隙200-1000μm，表面分布多孔，孔徑200-600μm。其仿生微通道的毛細管效應可以驅動高達 126.0 毫米的液體，為蒸發提供持續的供水并降低液體表面壓力，從而提高蒸發效率。同時，三維結構產生溫度梯度，誘發馬蘭戈尼對流，促進鹽水從高濃度地區流向低濃度地區。這種對流和毛細管流體補充共同作用以維持鹽濃度平衡，從而能夠在 20 wt% 的鹽水中長期海水淡化超過 200 小時。將有效實現長期海水淡化，從而有可能緩解全球水資源短缺問題。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164253
Advanced Science：用于選擇性油水分離的仿生微流控泵
由于社會快速進步，全球能源需求持續增長。石油作為一種重要的能源，在推動工業發展和提振國民經濟方面發揮著不可或缺的作用。盡管原油泄漏很重要，但自然災害、船舶碰撞和人為錯誤導致的原油泄漏頻繁發生，對生態環境構成嚴重威脅，并導致大量能源損失。
大自然提供了許多功能結構，這些結構激發了各種應用仿生技術的發展。來自哈爾濱工業大學、中國科學院理化技術研究所和香港理工大學的研究團隊，從黃瓜卷須彈簧的形態學特征中汲取靈感，設計開發一種仿生彈簧微通道（SMC），利用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）3D 打印技術，實現柔韌性、拉伸性和高效的液體輸送結構制備。所提出的仿生 SMC 具有連續的螺旋微觀結構，可促進液體的定向流動和分離，并利用其他液體和氣體不同的分子極性選擇性地防止其他液體和氣體的進入。彈簧式設計通過動態變形提高油水分離效率，對各種粘度和流量具有卓越的適應性，而其開放式結構可防止堵塞并確保可持續性能，并輔以模塊化微通道設計，實現可擴展的工業集成。
這種簡單但高效且精確的 3D 打印方法，可產生既可擴展又具有卓越分離效率的微流體結構，在分離甘油、石油等高粘度流體方面表現出卓越的效率。值得注意的是，這些仿生微通道被有效地用于分離被太陽能加熱的原油，從而降低其粘度并展示實際應用潛力。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202503511
結語
微納3D打印技術在能源科學領域的應用，已不再局限于構型新穎的概念探索，而正在逐步演化為具有實用性的構建工具。在微觀尺度、多材料體系下對結構的高精度控制，為提升能量密度、界面反應速率和系統穩定性提供了綜合解決方案。
然而，從實驗室研究走向大規模產業部署仍面臨諸多挑戰，推動材料科學、先進制造與能源工程的深度融合，將是下一階段技術躍遷的關鍵。作為全球領先的微納尺度3D打印技術提供商，摩方精密也將以持續突破的技術實力與開放協作的產業姿態，為下一代能源系統的創新注入源源不斷的技術動能與場景連接力。
