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超疏水表面 | 槐叶苹+猪笼草的启示:带“润滑头”的微凸起

2020年08月21日 点击:

在超疏水槐叶萍和超滑猪笼草的启发下,研究者设计了新型仿槐叶萍表面,其固-液接触线兼具稳定性和和易滑移性。 

仿生超疏水材料在表面自清洁、生物防污、流体减阻等领域都有重要应用。通常,材料表面的超疏水效果是由微/纳米尺度的粗糙结构实现的,这种结构能够捕获气穴,托起液滴,从而实现超疏水。材料表面微凸起之间的间距越小,气穴就更稳定,超疏水性能也就更稳定;然而这种稳定性是有代价的:微凸起密集,会增加液滴在超疏水表面的滑移难度。如何在二者之间取得平衡,一直是一个难题。 

近日,电子科学大学基础与前沿研究院邓旭教授与长春应化所高分子物理与化学国家重点实验室的王大鹏教授、香港城市大学王钻开教授、电子科技大学物理学院陈龙泉教授、希腊约阿尼纳大学物理系助理教授Periklis Papadopoulos等人合作,借鉴具有水下稳定疏水效果的槐叶苹叶子和具有超滑效果的猪笼草,设计并成功制备了新型仿槐叶萍表面 (Salvinia-like slippery surface,SSS)。该表面结构由两部分组成:疏水性侧壁的微型柱子、灌注润滑剂的交联聚二甲基硅氧烷(PDMS)半球顶部。

超疏水表面1.jpg

SSS结构的设计原理。a,稳定疏水的槐叶萍叶子;b,超滑的猪笼草;c,SSS结构。

其中,结构顶部的润滑剂增加了固-液接触线从润滑区跨越到疏水区的能垒,使接触线在竖直方向上稳定;同时又起到润滑效果,增强接触线水平方向上的可移动性,从而降低粘滞力,显著改善液滴的流动性。

研究者还利用激光共聚焦显微镜对动态浸润过程进行了实时观察和分析。

超疏水表面2.jpg

SSS表面的拓扑结构(a,ESEM图)以及液滴在该表面上呈现的Cassie-Baxter状态(b,激光共聚焦显微镜图)。

这种结构使液层与材料表面的固-液接触线兼具稳定性和易滑移性,有望运用于管道流体传输及微流体设备,实现减阻效果。该研究以“Salvinia-like slippery surface with stable and mobile water/air contact line”为题发表于National Science Review。电子科技大学基础与前沿研究院李晓玫为文章第一作者。

论文连接https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa153