仿生多相介質表面極端潤溼行為調控研究取得新進展

2020-09-26 今日科學

潤溼性作為生物體和材料表面的重要特性，吸引了廣泛的研究興趣。基於仿生表界面的特殊潤溼屬性，人們開發了許多具有超疏液性質的功能材料表面。但目前發展的超疏液材料表面僅能夠在單一的環境介質中表現其獨特的疏液性質，比如鯊魚皮膚表面僅能夠在水下表現超疏油性質，在空氣中油滴則會在乾燥的表面快速鋪展，從而失去防汙功能。同時，目前發展的超潤溼狀態不僅局限於超疏水和水下超疏油兩種狀態，還存在新穎且更細分的潤溼狀態。因此，開發新穎的具有極端潤溼特性的材料表面具有重要的研究意義。

中國科學院蘭州化學物理研究所仿生摩擦學（BMT）課題組近期在仿生多相介質表面極端潤溼行為調控研究方面取得重要進展。

該課題組利用簡單的噴塗、溼化學浸泡及原位合成技術，在多種常見的基底材料上，製備了兼得空氣中超疏水和水下超疏油表面、空氣中超親極性-超疏非極性液體表面、有機介質下超雙疏液表面和在油-水-氣系統中任意一相超疏其他兩相的超疏液表面材料，並從化學角度提出在不同環境介質中超疏液性質的可控制備策略（如圖）。

研究人員揭示了材料表面親疏水異質化學組成是形成此類新型超潤溼表面的主要原因，並結合熱力學計算對新型超潤溼表面的粗糙幾何結構和表面化學的協同作用進行了深入剖析；通過在納米尺度上調控材料表面親疏水和高低極性化學組分，提出了高低極性差異在不互溶液體分離領域新的分離機制。基於開發的新型極端潤溼狀態，該課題組在油水分離、霧水收集、液滴操控、潤滑油淨化和傳感器件等領域已取得重要應用。

上述研究成果近期分別發表在Advanced Materials（10.1002/adma.202004875），Materials Horizons（2020,7, 1697-1726），Journal of Materials Chemistry A（2019,7, 6957-6962；2019,7, 8405-8413；2020, 8, In press），Chemical Engineering Journal》2020, 381, 122629；2020, 395, 125110；2021, 404, 126535）。

以上研究工作得到了國家自然科學重點基金（51735013）和面上項目（51675513）的經費支持。（來源：中國科學院蘭州化學物理研究所）

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