仿生超浸润界面材料研究取得进展

仿生超渗透界面材料体系的构建及应用

荷叶、舞动的水草和猪笼草都是大自然精心创造的，是大自然的杰出代表，具有“超强渗透特性”。中国科学院院士、中国科学院物理化学技术研究所研究员姜磊作为超级渗透领域的“掌舵人”，经过近20年的潜心研究，总结出规律，提出二元协同理论，即将两种性质相反的纳米结构元素控制在“协同距离”上会产生新的特殊性质。这一发现将材料研究提升到了哲学的高度，指导了界面纳米材料的设计，发展了仿生超润湿界面材料体系。

对润湿性的研究可以追溯到1756年发现的莱登弗罗斯特现象，即当液体接触到一个远高于其沸点的表面时，表面会产生一层具有隔热效果的蒸汽；1805年，杨氏方程被提出来从理论上解释渗透行为。1997年，有人指出微结构是荷叶超疏水的关键。直到2002年，渗透研究迎来了巨大的变化。姜磊等人发现荷叶表面的微纳复合结构在荷叶的超疏水和自清洁中起着关键作用。

研究表明，通过在固体表面引入功能高分子材料，可以实现对不同表面润湿性的精确控制。2009年，姜磊的团队发现了水下鱼鳞的超疏油性，并开发了一种水下液体/固体超渗透系统。同年，荷叶在水下被发现具有超亲水性，并建立了水下气体/固体超润湿系统。2014年，姜磊将超疏水界面材料扩展到所有三相体系，包括液-液-固、气-液-固，并创建了包含64种转变的仿生超疏水界面材料体系。

目前，一些研究成果已经应用于能源、资源、环境、卫生、信息等领域。例如，超疏水涂层用于建筑玻璃和外墙的自清洁。超级润湿界面设计用于防冰和收集雾水。通过润湿性调节实现油水、有机溶剂和乳状液的高效分离。利用界面润湿性的调节来构建抗生物粘附的界面材料，从而实现对癌细胞的高效捕获。调控基底的润湿性，发展纳米材料绿色印刷制版技术；不对称纳米孔材料的设计和建造是为了捕捉可再生的蓝色海洋能量。(陈思)

《中国科学日报》(第六版基金，2017年9月25日)