黏附性能具有多重响应的超疏水表面的仿生制备及其在微液滴可控运输方面的应用研究

Super-hydrophobic surface has been a new research focus for the special wettability and the wide applications such as self-cleanning and microdroplet tansportation. Here we want to design some new smart interfacial materials based on the incorporation of molecules, micro/nanostructures, interfacial effect, and the multilevel weak interaction, and prepare some novel super-hydrophobic surfaces with multi-responsive adhesion. The surface will be prepared by grafting the responsive molecules (responsive to temperature, pH, glucose, etc) and the low free energy materials on the substrate with micro/nanostructures. During the research process, the influence of the microstructure, the interaction between the responsive molecules and the low free energy materials on the adhesive property of the surface will be our research focus, and the inner scientific problems will be explored. Meanwhile, because the surface has both the superhydrophobicity and multi-responsivity,we will bring forward some new applications for the new surfaces, such as microdroplet transportation, to overcome the problems present during the process of microdroplet transportation, for example, the loss of microdroplet for the attract of droplet on the surface and the lack of controllability of the transportation process. In this item, we combine the multi-functions (surface with low or high adhesion) with the intelligence (reversible adhesion) on a single super-hydrophobic surface, and propose some new ideas for the development and the application of the super-hydrophobic surface.

超疏水表面因其独特的界面性能及在自清洁，微液滴运输等方面的广泛应用已成为当今科学研究的热点之一。本课题从仿生智能化界面的设计理念出发，基于分子、微/纳米结构的多尺度效应、界面效应、多级弱相互作用等研究的有效结合，选择一些具有刺激-响应特征（如对温度、光、pH值、葡萄糖等）的智能分子，结合低表面能分子，修饰于具有微/纳米复合结构的基底之上，研究表面微观结构，响应分子与低表面能分子间相互作用对表面黏附性的影响，最终制备出黏附性能具有多重响应特征的超疏水表面。同时，利用表面具有超疏水特性及与液滴间黏附性能的多重响应的特性，探索其在微液滴运输方面的应用研究，以克服目前微液滴运输方面存在的一些困难（如液滴在固体表面上的吸附损失，运输过程缺乏可控性等）。本课题将表面的多功能（黏附性可高可低）与多重智能（可逆转换）集于一身，为超疏水表面的发展及应用提供了新的思路。

近年来，超浸润表面因其独特的界面性能及其在自清洁，微液滴运输等方面的广泛应用已成为当今科学研究的一个热点。表面黏附性能的差异直接决定了液滴在其表面上的动态行为。本研究项目从仿生智能化界设计理念出发，基于分子、微/纳米结构的多尺度效应、界面效应、多级弱相互作用等研究的有效结合，设计制备了一系列黏附性可控的超浸润表面。研究内容主要包括以下两点，一方面通过单独控制表面微结构尺度，形貌，及表面化学组成制备了黏附性可控的超浸润表面，重点研究了表面微结构形貌，尺寸，化学组成对表面黏附性的影响； 另一方面通过选择一些具有刺激-响应特征（如对温度、pH值等）的智能分子，结合低表面能分子，修饰于具有微/纳米复合结构的基底之上，制备了黏附性具有智能响应的超浸润表面，并重点研究了表面微观结构，响应分子与低表面能分子间相互作用对表面黏附性的影响。通过实验研究，我们制备出了一系列新的黏附性可控的超浸润表面，如通过控制金属铜，铝，不锈钢等基底表面微结构形貌，尺寸，我们制备了一系列黏附性可控超疏水，水下超疏油等表面。同时，通过在具有微纳米结构金属基底上调控表面化学组成，我们也成功制备出了一系列表面黏附性可控的超疏水，超疏油，及水下超疏油表面。此外，通过将响应分子修饰到具有微纳米结构的基底上，我们还成功制备出了黏附性对温度，pH以及同时能够对温度和pH做出响应的智能超疏水表面，并且利用所获得的表面实现了一系列的应用研究，如自清洁，液滴可控输运及微量化学合成等。本课题将表面的多功能（黏附性可高可低）与多重智能（可逆转换）集于一身，为超浸润表面的发展及应用提供了新的理论依据。