中科院化學所揭示物體的可變漂浮狀態調控規律

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物體漂浮在水面是生活中的常見現象。控制物體的漂浮狀態在船只設計、礦物篩選、膠體組裝和微納制造等眾多領域具有重要的應用。近年來，研究者逐漸揭示了材料表面性質對漂浮狀態的作用。然而，在當前的研究中，人們普遍認為物體穩定漂浮時的狀態和浮力是固定不變的。

在科技部、國家自然科學基金委、北京分子科學國家研究中心和中國科學院的支持下，綠色印刷院重點實驗室宋延林課題組近年來圍繞固體與液體粘附作用與圖案化開展了系統研究，先后實現了液體復雜行為的操縱和精確圖案化（Nat. Commun. 2019, 10, 950; Sci. Adv. 2020, 6, eaay5808； Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 10535-10539；Nat. Commun. 2021, 12, 6899）。

近日，宋延林研究團隊發現，從不同高度落入水中的物體，穩定后可以在水面上呈現不同浸沒深度，從而表現出不同的漂浮狀態 (圖1)。也就是說，物體漂浮時的浮力并不是固定的，而是受到下落過程的影響。理論分析表明，由于固-液粘附作用，物體入水后的三相接觸線表現出釘扎-滑移-釘扎的三階段動力學行為，這是物體呈現不同漂浮狀態的根本原因。據此，他們提出了“浮滯回線”來指導調節物體漂浮狀態。研究發現，改變外力的加載-卸載順序能夠實現物體漂浮狀態的調控 (圖2)。隨后，他們展示了可變漂浮狀態在界面催化、液體蒸發和藥物釋放等領域的應用。這一研究加深了人們對漂浮過程中界面現象的理解，在相關領域具有重要的啟示意義。相關成果近日發表于Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America期刊（https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2201665119 ），論文第一作者是博士生李安，通訊作者是宋延林研究員和李會增副研究員。

圖1 物體的可變漂浮狀態現象