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仿生超浸潤(rùn)界面材料研究取得進(jìn)展

2017-09-25 10:06:36 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：科學(xué)網(wǎng) 分享至：

仿生超浸潤(rùn)界面材料體系的構(gòu)筑及其應(yīng)用

出淤泥而不染的荷葉、翩翩起舞的水黽以及捕蟲(chóng)能手豬籠草等都是大自然的精妙創(chuàng)造，是具有“超浸潤(rùn)特性”的自然界杰出代表。作為超浸潤(rùn)領(lǐng)域的“掌舵手”，中科院院士、中科院理化技術(shù)研究所研究員江雷通過(guò)近二十年的潛心研究，總結(jié)規(guī)律，提出了二元協(xié)同理論，即將兩個(gè)具有相反性質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)基元控制在“協(xié)同距離”上，將會(huì)產(chǎn)生新的特殊性質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)將材料研究提升到哲學(xué)的高度，指導(dǎo)了界面納米材料的設(shè)計(jì)，發(fā)展了仿生超浸潤(rùn)界面材料體系。

浸潤(rùn)性的研究可追溯到1756年發(fā)現(xiàn)的萊頓弗羅斯特現(xiàn)象（Leidenfrost），即當(dāng)液體接觸遠(yuǎn)超其沸點(diǎn)的表面時(shí)，表面上會(huì)產(chǎn)生一層有隔熱作用的蒸汽；1805年，楊氏方程的提出從理論上解釋了浸潤(rùn)行為；1997年，提出微結(jié)構(gòu)是荷葉超疏水的關(guān)鍵；直到2002年，浸潤(rùn)性研究迎來(lái)巨變，江雷等發(fā)現(xiàn)了荷葉表面的微納多尺度復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)荷葉的超疏水及自清潔起到了關(guān)鍵作用。

研究表明，通過(guò)在固體表面引入功能高分子材料，可以實(shí)現(xiàn)表面不同浸潤(rùn)性的精確調(diào)控。2009年，江雷團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了魚(yú)鱗水下的超疏油特性，發(fā)展了水下液/固超浸潤(rùn)體系；同年，發(fā)現(xiàn)荷葉水下超親氣現(xiàn)象，建立了水下氣/固超浸潤(rùn)體系；2014年，江雷將超疏水界面材料拓展到所有液—液—固、氣—液—固等一切三相體系中，創(chuàng)建了包含64種變換的仿生超浸潤(rùn)界面材料體系。

目前所取得的部分研究成果已經(jīng)應(yīng)用于能源、資源、環(huán)境、健康以及信息等領(lǐng)域。例如，超疏水涂層用于建筑玻璃及外墻的自清潔；超浸潤(rùn)界面設(shè)計(jì)用于制備防覆冰和霧水收集；通過(guò)浸潤(rùn)性調(diào)控，實(shí)現(xiàn)油水、有機(jī)溶劑及乳液的高效分離；利用界面浸潤(rùn)性調(diào)控，構(gòu)筑了抗生物黏附界面材料，實(shí)現(xiàn)了癌細(xì)胞的高效捕獲；調(diào)控基底浸潤(rùn)性，發(fā)展了納米材料綠色印刷制版技術(shù)；設(shè)計(jì)并構(gòu)筑非對(duì)稱納米孔材料，實(shí)現(xiàn)了可再生藍(lán)色海洋能的捕獲。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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