本文摘要：近日，天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院青年教師陳發(fā)澤以第一作者身份在國際頂級(jí)期刊《Chemical Society Reviews》(影響因子60.615，一區(qū)Top期刊)上發(fā)表題為《Robustand Durable Liquid-Repellent Surfaces》的綜述論文，并被遴選為當(dāng)期正封面(FrontCover)論文。論文綜述了近年來堅(jiān)固
近日，天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院青年教師陳發(fā)澤以第一作者身份在國際頂級(jí)期刊《Chemical Society Reviews》(影響因子60.615，一區(qū)Top期刊)上發(fā)表題為《Robustand Durable Liquid-Repellent Surfaces》的綜述論文，并被遴選為當(dāng)期正封面(FrontCover)論文。論文綜述了近年來堅(jiān)固耐久型斥液表面的研究現(xiàn)狀，全文共108頁，近7.3萬字，參考文獻(xiàn)750余篇。
受荷葉上表面(超疏水表面)、彈尾蟲表皮(超疏油表面)、魚鱗(水下超疏油表面)、豬籠草(液體灌注超滑表面)等生物啟發(fā)的斥液表面在防水、自清潔、抗結(jié)冰、防腐蝕、流體操控、生物醫(yī)學(xué)等方面展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，因而受到了仿生制造、微納加工、表面工程、界面化學(xué)、微流控等領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注。然而，大多數(shù)斥液表面的耐久性較差，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中容易被破壞而失去斥液性，大大限制了其實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展和推廣。近十年來，國內(nèi)外科研人員針對(duì)斥液表面的耐久性開展了大量研究工作并取得了多項(xiàng)突破性成果。陳發(fā)澤及其合作者基于近年來的研究成果，結(jié)合其他團(tuán)隊(duì)的已發(fā)表論文，對(duì)堅(jiān)固耐久型斥液表面的研究進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)回顧。
潤(rùn)濕涉及液體在固體(或液體)表面的鋪展以及在三相界面處形成接觸角的過程，潤(rùn)濕性可以用經(jīng)典的Young模型、Wenzel模型、Cassie模型描述。潤(rùn)濕性的常用表征方法包括接觸角、接觸角滯后、滾動(dòng)/滑動(dòng)角、粘附力等。斥液表面指難以被液體潤(rùn)濕且液滴在其上容易滾落或滑落的表面，主要包括超疏水表面、超疏油表面和超滑表面。超疏水和超疏油表面的斥液性依賴于表面微納粗糙結(jié)構(gòu)中的空氣層，而超滑表面則借助表面微納結(jié)構(gòu)中灌注的潤(rùn)滑油層實(shí)現(xiàn)斥液性。斥液表面的耐久性主要包括熱力學(xué)耐久性、機(jī)械耐久性和化學(xué)耐久性。
熱力學(xué)耐久性主要指斥液表面空氣層或潤(rùn)滑油層在擴(kuò)散、蒸發(fā)、冷凝等熱力學(xué)過程中的穩(wěn)定性，一般通過增加水擊壓力、浸泡、蒸汽冷凝、液滴蒸發(fā)、重力引流等方法來評(píng)價(jià)。機(jī)械耐久性指斥液表面在外力作用下維持其潤(rùn)濕性的能力，一般通過切向磨損、動(dòng)態(tài)撞擊、膠帶剝離、基體變形等方式測(cè)試�；瘜W(xué)耐久性指斥液表面在各種化學(xué)因素作用下的穩(wěn)定性，一般通過酸堿鹽腐蝕、紫外光或活性粒子照射、有機(jī)溶劑浸泡、高/低溫處理等方法測(cè)試。近年來，研究人員提出了多種改善斥液表面耐久性的策略，極大的推動(dòng)了斥液表面實(shí)際應(yīng)用的發(fā)展。
1、優(yōu)化基體或表面化學(xué)成分，選擇耐久性好的基體材料或表面修飾劑，可有效改善斥液表面的機(jī)械耐久性和化學(xué)耐久性。
2、設(shè)計(jì)特殊的微納結(jié)構(gòu)。如優(yōu)化微結(jié)構(gòu)的幾何形狀和參數(shù)能有效改善微結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度，使斥液表面機(jī)械耐久性得以提高;凹角結(jié)構(gòu)和密排納米結(jié)構(gòu)能提高斥液表面空氣層或潤(rùn)滑油層的穩(wěn)定性，從而提高其熱力學(xué)穩(wěn)定性;自相似微納結(jié)構(gòu)可使斥液表面具有“自銳性”，在發(fā)生機(jī)械磨損或化學(xué)腐蝕后形成和原表面相似的粗糙結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，從而保證其斥液性;微納復(fù)合結(jié)構(gòu)中，機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較高的微米級(jí)結(jié)構(gòu)能起到類似“鎧甲”的作用，保護(hù)脆弱的納米級(jí)結(jié)構(gòu)，從而改善斥液表面的機(jī)械耐久性。
3、通過共價(jià)鍵、交聯(lián)、膠層輔助等方法增強(qiáng)斥液涂層和基底之間的連接強(qiáng)度。
4、制備具有自愈性的斥液表面，包括可自愈的表面化學(xué)成分、可恢復(fù)的表面微納結(jié)構(gòu)等。在此基礎(chǔ)上，論文總結(jié)了堅(jiān)固耐久型斥液表面的典型應(yīng)用，如耐腐蝕、抗淤積、防結(jié)冰、氣/液收集、氣/液轉(zhuǎn)移、氣/液操控、不互溶液體分離、發(fā)電、相變傳熱強(qiáng)化等，重點(diǎn)突出了斥液表面耐久性在上述應(yīng)用領(lǐng)域的重要性。最后，作者提出了在堅(jiān)固耐久型斥液表面領(lǐng)域尚需深入研究的方向，如斥液性表征方法的優(yōu)化、耐久性評(píng)價(jià)方法的選擇和標(biāo)準(zhǔn)化、提高斥液表面耐久性方法的優(yōu)化和復(fù)合、斥液表面加工方法的改進(jìn)和工業(yè)化等。
陳發(fā)澤隸屬于我校張大衛(wèi)教授組建的微納制造與裝備國際聯(lián)合研究中心，近年來主要從事微納功能表面精密制造及應(yīng)用、超快激光增/減材加工等領(lǐng)域的研究，先后獲得科技部試點(diǎn)課題、國家自然科學(xué)基金、博新計(jì)劃等項(xiàng)目的資助，已發(fā)表論文40余篇，申請(qǐng)發(fā)明專利10余項(xiàng)。
✦✦論文信息：Faze Chen, Yaquan Wang, Yanling Tian*, Dawei Zhang, Jinlong Song*, Colin R. Crick, Claire J. Carmalt, Ivan P. Parkin, Yao Lu*. Robust and Durable Liquid-Repellent Surfaces.Chemical Society Reviews, 2022, 51, 8476-8583.論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D0CS01033B.
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