超疏水錶面 | 槐葉蘋+豬籠草的啓示：帶“潤滑頭”的微凸起_風聞

在超疏水槐葉萍和超滑豬籠草的啓發下，研究者設計了新型仿槐葉萍表面，其固-液接觸線兼具穩定性和和易滑移性。

來源 | 《國家科學評論》

仿生超疏水材料在表面自清潔、生物防污、流體減阻等領域都有重要應用。通常，材料表面的超疏水效果是由微/納米尺度的粗糙結構實現的，這種結構能夠捕獲氣穴，托起液滴，從而實現超疏水。材料表面微凸起之間的間距越小，氣穴就更穩定，超疏水性能也就更穩定；然而這種穩定性是有代價的：微凸起密集，會增加液滴在超疏水表面的滑移難度。如何在二者之間取得平衡，一直是一個難題。

近日，電子科學大學基礎與前沿研究院鄧旭教授與長春應化所高分子物理與化學國家重點實驗室的王大鵬教授、香港城市大學王鑽開教授、電子科技大學物理學院陳龍泉教授、希臘約阿尼納大學物理系助理教授Periklis Papadopoulos等人合作，借鑑具有水下穩定疏水效果的槐葉蘋葉子和具有超滑效果的豬籠草，設計併成功製備了新型仿槐葉萍表面 (Salvinia-like slippery surface，SSS)。該表面結構由兩部分組成：疏水性側壁的微型柱子、灌注潤滑劑的交聯聚二甲基硅氧烷（PDMS）半球頂部。

SSS結構的設計原理。a,穩定疏水的槐葉萍葉子；b,超滑的豬籠草；c,SSS結構。

其中，結構頂部的潤滑劑增加了固-液接觸線從潤滑區跨越到疏水區的能壘，使接觸線在豎直方向上穩定；同時又起到潤滑效果，增強接觸線水平方向上的可移動性，從而降低粘滯力，顯著改善液滴的流動性。

研究者還利用激光共聚焦顯微鏡對動態浸潤過程進行了實時觀察和分析。

SSS表面的拓撲結構（a，ESEM圖）以及液滴在該表面上呈現的Cassie-Baxter狀態（b，激光共聚焦顯微鏡圖）。

這種結構使液層與材料表面的固-液接觸線兼具穩定性和易滑移性，有望運用於管道流體傳輸及微流體設備，實現減阻效果。該研究以“Salvinia-like slippery surface with stable and mobile water/air contact line”為題發表於National Science Review。電子科技大學基礎與前沿研究院李曉玫為文章第一作者。

本文經授權轉載自微信公眾號“中國科學雜誌社”。論文連接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa153