材料工程技術旨在控制材料表面的潤溼性和拒液性，以在材料科學領域內外的各種應用中使用。在最新的《科學進展》報告中，劉躍和中國材料科學與工程系以及化學與分子工程系的一組研究人員提出了一個通用概念，以開發具有異常強大的可溼性轉換能力的金屬多孔表面。為了設計新表面，他們使用了非常簡單的一步式電化學沉積工藝。該團隊啟用了可溼性開關，並通過更改電沉積過程中與多孔金屬膜離子鍵合的十二烷基硫酸鹽離子。所得的具有可調節潤溼性的表面可以根據需要將各種潤滑劑捕獲在孔中，以創建為各種液體排斥特性定製的液體注入多孔表面。該研究小組展示了注入液體的多孔膜在加密，控制液滴轉移和集水方面的應用。此外，材料科學家將銀多孔膜塗覆在銅網上，從而設計出了智能的防汙液門，以根據需要允許油或水通過。
在材料工程領域，研究人員旨在開發可逆轉換的界面特性，以用於從微流體系統到集水和運輸以及分離器，傳感器和藥物輸送系統的各種應用。材料科學家已經廣泛研究了通過外部刺激（包括光，pH值，熱處理和電化學處理，抗衡離子和電勢）控制的可切換潤溼性表面。在目前的工作中，劉等。報導了一種極其簡單的一步電沉積方法，可對多孔金屬表面進行工程處理，使其具有強大的潤溼性轉換能力，並具有出色的拒液性能，這與以前報導的設計新型潤溼性開關的機理不同。
在電沉積多孔表面上的工程可逆潤溼性
劉等。調節在電沉積過程中與多孔膜離子鍵合的十二烷基硫酸鹽離子的取向，以建立可逆的可調的表面潤溼性。例如，當十二烷基鏈向外支出，所述膜保留的超疏水性（水恨性質）。然後研究人員使用的電勢從潤溼性過渡超疏水性（水恨）到superhydrophillic（愛水）的狀態。他們使用表面增強拉曼散射確認了離子表面取向的變化（SERS）測量。基於離子取向誘導的電沉積多孔表面的演化，研究團隊將各種潤滑劑牢牢地捕獲在孔中，從而形成了可用於多種應用的不同「溼滑液體注入多孔表面（SLIPS）」。
這項新技術因其工程簡單，多功能性和低成本而在多種熱化學應用中具有巨大潛力。為了形成可逆的潤溼性開關，研究人員首先在包含硝酸銀和十二烷基硫酸鈉（SDS）的電解液中將銀多孔膜電沉積到了金覆蓋的矽片上。隨著電沉積時間的增加，膜的粗糙度逐漸增加，四分鐘後，所得膜呈超親水性。藉助有機液體以及含微量乙醇的水（體積百分比為1％），科學家們可以誘導潤溼性從超親水性（或超親油性；對水敏感）轉變為超疏水性（憎水）。瞬時轉變表明膜對有機試劑的高敏感性。
了解潤溼性轉變的機理
該研究小組進行了系統的研究，以揭示潤溼性轉變的潛在機理，首先是使用傅立葉變換紅外光譜（FTIR）和X射線光電子能譜（XPS）進行表面分析。他們證明了在銀多孔膜中存在SDS離子，從而形成了一種類似於先前研究透徹的表面的單層結構。劉等。假設疏水的十二烷基鏈尾部隱藏在新鮮製備的銀多孔膜的孔中-由於暴露的親水性硫酸鹽頭部，促使銀膜最初顯示出親水性。
當超親水表面遇到諸如乙醇之類的有機試劑時，由於它們相互之間的親和力，隱藏的十二烷基鏈尾改變了方向以面對有機液體。由於使用常規掃描隧道顯微鏡或原子力顯微鏡證明粗糙多孔膜上十二烷基鏈的取向發生變化的挑戰，該團隊使用了SERS。SERS強度映射了十二烷基離子鏈與硫酸銀表面之間的相互作用，證實了促進膜潤溼性轉換的過渡。當他們使用氧等離子體處理除去十二烷基離子時，他們消除了銀多孔膜的潤溼性轉換。
該技術的應用-加密和液體轉移
研究小組開發出一種新概念來設計可逆潤溼性後，開發了多種應用程式，例如信息加密，液滴轉移，拒液，除霧，智能液門以及油/水分離。對於信息加密，Liu等。在連接到電源正極的超疏水表面上，拖動一根表現為浸入液滴中的，表現為陰極的鉛筆，在其上寫下字母「 ZJU」。然後表面轉變以保持親水性，當科學家將表面暴露於水或蒸汽時，由於水滴附著在表面，因此顯示了加密的不可見字詞。他們可以更改加密速度，並使用乙醇去除表面上的親水痕跡，從而多次回收表面以重複使用。通過改變表面性質，它們還可以引發疏水加密的條件。然後，研究團隊利用乙醇處理過的銀多孔膜，利用強大的表面粘附力將水滴從超親水表面上轉移，水滴附著在銀膜的頂部，易於轉移。
利用防液性能，以用於其他應用
其後，研究團隊設計銀多孔膜從superhydrophillic SLIPS1變化（滑的液體注入的多孔表面）到超疏水SLIPS2形成SLIP1和SLIP2之間的可重複的循環面用於期望時間段。此處描述的工作是首次研究製造這種複雜的潤溼和拒液性能，並具有動態調節潛力以匹配各種潤滑劑。此外，受到納米比亞沙漠甲蟲的生物啟發，納米甲蟲使用有圖案的親水和疏水鞘翅（硬化前爪）來保留或去除水滴，Liu等人。SLIP2的圖案條紋具有出色的防水性。他們設計了表面以粘附水分子以形成 核暴露於水霧後可在親水性表面上獲得優異的除霧效率。
接下來，科學家將銀多孔膜電化學塗覆在銅網上，用作智能液體澆口。儘管最初的超疏水性阻止了水的通過，但當它們向銅網施加負電勢時，表面立即變得超親水，從而立即使水通過。表面性質可以通過暴露於乙醇蒸氣中而互換的設計，以便再利用。劉等。類似設計的用於選擇性水/油分離的鍍銀銅網，與現有的原型進行了有效的油和水分離和轉移。
這樣，劉悅及其同事開發了一種通用概念，即通過一種簡單的一步式電沉積方法來設計具有可切換潤溼性液體排斥性的金屬塗層。他們利用離子鍵結合到電沉積的多孔金屬膜上的十二烷基硫酸鹽離子的變化方向，通過有機試劑處理或外部電勢來促進可溼性轉換。他們在研究中對潤溼性轉變進行了10次以上的循環，同時形成了適用於各種應用的多種SLIPS。極其簡單且經濟高效的材料工程方法以形成可切換的潤溼性 拒液材料表面將在材料科學內外的液體/熱相關領域中具有廣闊的應用前景。