蘭州化物所仿生材料表面微納米結構三維優化獲進展

　　將仿生學與納米科學相結合，開展用于摩擦學領域的仿生結構、功能及結構-功能一體化材料的研究，可在基礎科學和應用技術之間架起一座橋梁，從而為摩擦學領域所使用的新型結構、功能及結構功能一體化材料的設計、制備和性能研究提供新概念、新原理和新方法。自然界中很多動植物表面都具有穩定的超疏水性，它們既擁有高接觸角，又擁有低滾動角，還能長期穩定存在。

　　中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室仿生摩擦學材料團隊將理論、數值和實驗研究相結合，在仿生材料表面微納米結構的三維優化設計方面開展了系統的研究工作。他們從表面微納米結構的尺寸、幾何形狀和多級結構以及本征接觸角等參數出發，利用經典理論和熱力學研究了不同微納米結構表面非復合與復合潤濕狀態轉換理論判據和復合狀態的穩定性，建立了自由能和接觸角以及自由能壘和接觸角滯后的關系，系統地分析了微納米結構幾何表面、本征接觸角與表面潤濕性，尤其是與接觸角滯后的直接聯系(J. Colloid Interface Sci,2014, 436, 19-28)。

　　在實用仿生超疏水性表面的制備中，表面粗糙度至關重要。針對此，該團隊分析了半圓和拋物狀微結構潤濕系統的自由能及其能壘的二維模型，計算了此結構的各種接觸角和滯后角。利用此模型，他們還分析了化學本征接觸角、液滴尺寸、環境振動能等因素的影響，比較了不同微納米結構表面各向異性潤濕行為。上述工作發表后得到了同行的認可(RSC Adv, 2015,5, 8446-8454； J. Colloid Interface Sci, 2015,453, 142-150 )。

　　另外，該團隊在理論研究的基礎上，基于成熟的物理化學方法制備了所設計的微納結構，考察了該結構在水下的超疏油pH可控粘附潤濕特性(ACS Appl. Mater. Interfaces,2015,7(19), 10641–10649)。

　　上述研究工作得到了國家自然科學基金項目（11172301, 21203217）和中科院“百人計劃”的支持。

半球狀微結構潤濕系統的自由能及其能壘模型

不同微納米結構表面各向異性潤濕特性

水下超疏油pH可控粘附潤濕特性