仿生超浸潤界面材料研究取得進展

仿生超浸潤界面材料體系的構筑及其應用

　　出淤泥而不染的荷葉、翩翩起舞的水黽以及捕蟲能手豬籠草等都是大自然的精妙創造，是具有“超浸潤特性”的自然界杰出代表。作為超浸潤領域的“掌舵手”，中科院院士、中科院理化技術研究所研究員江雷通過近二十年的潛心研究，總結規律，提出了二元協同理論，即將兩個具有相反性質的納米結構基元控制在“協同距離”上，將會產生新的特殊性質。這一發現將材料研究提升到哲學的高度，指導了界面納米材料的設計，發展了仿生超浸潤界面材料體系。

　　浸潤性的研究可追溯到1756年發現的萊頓弗羅斯特現象（Leidenfrost），即當液體接觸遠超其沸點的表面時，表面上會產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行為；1997年，提出微結構是荷葉超疏水的關鍵；直到2002年，浸潤性研究迎來巨變，江雷等發現了荷葉表面的微納多尺度復合結構對荷葉的超疏水及自清潔起到了關鍵作用。

　　研究表明，通過在固體表面引入功能高分子材料，可以實現表面不同浸潤性的精確調控。2009年，江雷團隊發現了魚鱗水下的超疏油特性，發展了水下液/固超浸潤體系；同年，發現荷葉水下超親氣現象，建立了水下氣/固超浸潤體系；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，創建了包含64種變換的仿生超浸潤界面材料體系。

　　目前所取得的部分研究成果已經應用于能源、資源、環境、健康以及信息等領域。例如，超疏水涂層用于建筑玻璃及外墻的自清潔；超浸潤界面設計用于制備防覆冰和霧水收集；通過浸潤性調控，實現油水、有機溶劑及乳液的高效分離；利用界面浸潤性調控，構筑了抗生物黏附界面材料，實現了癌細胞的高效捕獲；調控基底浸潤性，發展了納米材料綠色印刷制版技術；設計并構筑非對稱納米孔材料，實現了可再生藍色海洋能的捕獲。