...玫瑰花瓣效应”与“荷叶效应”可逆切换超疏水表面

发布网友发布时间：2024-05-14 17:36

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热心网友时间：2024-05-29 09:22

近年来，智能表面的湿滑性调控因其能实现润湿状态的动态转换，为传统表面功能的扩展带来了新的可能。在这个领域，吉林大学工程仿生教育部重点实验室的任露泉院士团队以自然界的生物启发，引领了科研前沿。他们借鉴玫瑰花瓣上乳突状结构对水滴的高粘附“玫瑰花瓣效应”，以及荷叶表面的柱状结构对水滴的低粘附“荷叶效应”，开创性地设计了一种形状记忆聚氨酯（SMP）为基础的仿生微阵列表面。

在《Chemical Engineering Journal》上，该团队发表的成果标题为“Shape Memory Superhydrophobic Surface with Switchable Transition between ‘Lotus Effect’ to ‘Rose Petal Effect’”。他们采用高精度激光技术制备出多孔铝模板，通过模板复制法创造出独特的微阵列，再利用SMP的形状记忆特性，实现了对表面形态的精准调控。这一创新技术使得材料能在“荷叶效应”与“玫瑰花瓣效应”之间实现可逆切换，即初始状态下，表面呈现低粘附的“荷叶”特性，接触角约为154°，滚动角仅3°；而通过形状编程，微结构倒伏，接触角上升，滚动角大于180°，呈现高粘附的“玫瑰花瓣”状态。简单加热后，表面形态恢复，润湿性随之回归初始状态。

研究者们细致地研究了不同微结构尺寸和间距对润湿性的影响，发现当微结构底面直径为55 μm，阵列间距为100 μm时，超疏水性最佳。经过20次循环测试，材料保持了优异的超疏水性和可逆切换性能。高速摄像的观察揭示了这一表面在动态下的特性：初始状态下，液滴能迅速弹离，而在编程表面则被牢牢吸附；恢复后，动态润湿性恢复如初，显示出强大的自清洁性能。

该工作的突出贡献来自于张志辉教授和赵杰副教授的指导，以及吉林大学博士研究生邵艳龙的杰出贡献。他们的研究成果不仅扩展了特殊润湿性表面的功能，而且为湿滑性材料在实际应用中的灵活性和效率提升提供了新的思路。这项突破性的研究工作，为高分子科学前沿领域注入了新的活力。