微结构具有形状记忆特征超疏水表面的仿生构筑及其浸润性调控研究

Recently,due to the widely applications of superhydrophobic surfaces, controlling the surface wettability have become a new research focus. Surface microstructure and chemistry govern the wetting performances together. However, until now, on the identical superhydrophobic surface, the wetting ability control is mainly relying on changing the surface chemistry, and to realize the dynamic control of surface microstructure is still a challenge. This shortcoming limits the surface intelligent and related applications. Inspired by the dynamic responsive ability of microstructures on gecko’s foot, in this project, we plan to design and prepare a new superhydrophobic surface, on which the microstructures have the shape memory ability. Based on the shape memory ability, we plan to solve the problem about the dynamic control of the microstructure on the superhydrophobic surface. More attention will be paid on the study about the relationship between surface microstructure morphologies, scales, surface chemical/physical properties and the shape memory property, revealing the influence of the shape memory effect on the surface wettability. Meanwhile, using the prepared surface as the platform, we plan to modify some new responsive molecules, to obtain new wettabilities through the cooperative control of surface microstructure and surface chemistry. The plan proposes a new concept that to realize high intelligent control of surface wettability based on the shape memory effect of surface microstructures, which proposes a new idea for the development of superhydrophobic surface.

近年来，随着超疏水表面的广泛应用，对其表面浸润性的调控已经发展成为一个研究热点。表面浸润性是由表面的微结构及化学组成共同决定，到目前为止，对同一表面浸润性的调控往往更依赖于控制其表面化学组成，而对表面微结构的动态调控往往难以实现。克服这一缺陷将有效提升表面的智能性和功能性。受壁虎脚等表面微结构动态响应功能的启发，本项目提出以形状记忆聚合物为载体，仿生构筑具有形状记忆性能的微结构（利用形状记忆效应，克服超疏水表面微结构难以调控的问题）。将重点研究表面微结构的形貌、尺寸以及材料的物理和化学性质与其形状记忆性能之间的关系，揭示微结构的形状记忆作用对表面浸润性的影响机制。同时，以获得的表面为基底，修饰新的响应性分子，对同一表面的微结构及化学组成进行协同调控，进一步开发新的表面浸润性能。本项目提出基于微结构形状记忆效应，实现对表面浸润性的高度智能调控，为超疏水表面的发展开辟了新的研究思路。

近年来，随着超疏水表面的广泛应用，对其表面浸润性的调控已经发展成为一个研究热点。表面浸润性是由表面的微结构及化学组成共同决定，到目前为止，对同一表面浸润性的调控往往更依赖于控制其表面化学组成，而对表面微结构的动态调控往往难以实现。克服这一缺陷将有效提升表面的智能性和功能性。本项目提出以形状记忆聚合物为载体，仿生构筑具有形状记忆性能的微结构，利用形状记忆效应，克服超疏水表面微结构难以调控的问题。通过实验研究，我们制备了一系列新型形状记忆超疏水表面，基于微结构形状记忆效应，实现了对表面许多浸润特征的智能调控，如各向同性/各向异性可逆转换，高黏附/低黏附可逆转换，定向滚动/非定向滚动可逆转换。通过在形状记忆微结构基底修饰响应分子，我们还进一步实现了对表面浸润性多状态，大范围，高精度的智能响应性调控。最后，基于所制备的表面及其独特的智能浸润特征，我们还进一步开展了相关应用研究，如表面超疏水性的自修复应用，表面超级开关效应自修复应用，表面作为可擦写平台在液滴存储，定向运输，及可编程润湿梯度等方面的应用。在研究过程中，我们重点探讨了表面微结构的形貌、尺寸以及材料的物理和化学性质与其形状记忆性能之间的关系，揭示了微结构的形状记忆作用对表面浸润性的影响机制。本项目提出基于微结构形状记忆效应，实现对表面浸润性的高度智能调控，为超疏水表面的发展提供了新的研究思路。