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  自古以來，自然界就是人類各種技術思想、工程原理及重大發明的源泉。經過長期進化，生物形成了優異的功能和完美的結構，蜘蛛和蠶能吐出高彈性的絲，荷葉出淤泥而不染，飛鳥骨骼系統具有質量輕、強度大的構造形態……自然界的奇妙創造，對中科院理化所仿生材料與界面科學重點實驗室的科研人員來說，是研發新材料的“靈感源泉”。

實驗室一角

歷史短、成就突出的“A類”實驗室

  2014年，在中科院院士江雷的推動下，中科院理化所成立仿生智能界面科學中心；2016年8月，中科院正式批準成立仿生材料與界面科學重點實驗室。2017年中科院開展材料領域院重點實驗室評估，“歷史短”的仿生材料與界面科學重點實驗室被評為第二名，成為全院三個A類重點實驗室之一。

  仿生材料與界面科學重點實驗室副主任、中科院理化所研究員王樹濤對記者說：“仿生領域由于其特殊的學科交叉性，中科院動物研究所、生物物理研究所、國家納米科學中心、蘇州納米技術與納米仿生研究所也參與了籌建工作。”

  近5年來，實驗發表SCI收錄論文200余篇，編寫專著或章節5篇，申請專利33項，授權46項；2012~2016年期間，實驗室共承擔國家、省部級以及橫向協作項目101項。

  王樹濤表示，實驗室在仿生超浸潤多尺度界面材料領域享有世界領先的學術地位，截至目前，全世界有140個國家的大學和研究所中近500個課題組從事超浸潤性的研究。

  在實驗室有一間專門的屋子，留給“客座人員”開展工作使用。王樹濤說：“實驗室的‘開放氛圍’非常重要，我們屬于新型交叉實驗室，會涉及物理、生物、醫學等學科，沒有明顯界限，希望有來自各個學科的科研人員共同工作。”現在，每到周末都會有來自不同單位的專家到實驗室開展研究。

  王樹濤說：“科學和討論是一直在一起的，在相互尊重知識產權的前提下，開誠布公地討論往往會產生碰撞和新的想法，例如有一次我和汪鵬飛老師想把癌癥檢測和光療結合起來，形成新的課題。獨特的咖啡廳文化——自由討論且尊重知識產權，實驗室一直留著很大的窗口，期待更多的自由討論，期待更多的科技創新。”

“無處不在”的仿生材料

  仿生材料是一門新興學科，實驗室致力于在交叉科學領域從事仿生界面材料的合成與制備方面的研究。

  對于“仿生材料”，王樹濤解釋道：“我們通過研究自然生物的構造和特性，為新材料研發提供思路。例如在衣服上經常使用的粘扣帶，拉動的時候會有刺啦響聲。為了消除響聲，我們從蜻蜓腦袋和肩膀的構造獲得靈感，將來可以制作出更加先進的粘扣。”

  荷葉“出淤泥而不染”，是具有“超浸潤特性”的自然界杰出代表。2002年，江雷等發現了荷葉表面的微納多尺度復合結構對荷葉的超疏水及自清潔起到了關鍵作用。同時通過系統研究界面材料結構和特性規律，江雷提出了“納米界面材料的二元協同效應”，創造性地將仿生微納米復合結構與外場響應性分子設計相結合，實現了在單一或多重外場控制下材料表面浸潤性的可逆變化。

  2009年，江雷院士團隊發現了魚鱗水下的超疏油特性，發展了水下液/固超浸潤體系；同年，發現荷葉水下超親氣現象，建立了水下氣/固超浸潤體系；2014年，江雷院士將超疏水界面材料拓展到液—液—固、氣—液—固等一切三相體系中，創建了包含64種變換的仿生超浸潤界面材料體系。

  江雷院士團隊經過近二十年的努力，理論上深入挖掘表面浸潤本質。傳統上楊氏方程認為液體與材料之間有本征的親和疏的閾值為90度。他們的研究發現，水的閾值是65度左右，水的接觸角大于65度是疏水，同時也在應用上取得了可喜的進展。例如，超疏水材料在服裝面料上的應用，自清潔的鄂爾多斯羊絨衫、防水的西服，都是“仿荷葉”的成果。國家大劇院玻璃外墻采用了“納米自潔玻璃”，即讓玻璃穿一層納米級二氧化鈦“外套”，從而使玻璃具有自潔、消毒、殺菌等功能，這也正是實驗室的研究成果之一。

  不僅在國內，實驗室的研究也走向了國際，“巴基斯坦的核電站用到的油水分離的器件就是我們實驗室的研究。”王樹濤說。

前沿交叉領域大有可為

  在三年多的發展中，實驗室擁有堅實的科研團隊和人才培養計劃。目前實驗室固定人員49人，百分之百擁有博士學位，平均年齡不到41歲。經過多年的學科培養和隊伍建設，實驗室基本形成了以中青年科技骨干為主的研究集體和團結協作的研究氛圍。

  在 “一帶一路”國家頂層戰略及“大目標牽引下的集成創新”思路指引下，實驗室有了新的發展規劃。未來，實驗室將主要面向國家戰略需求和世界科技前沿，圍繞仿生材料與界面科學這一前沿交叉領域，產生一系列多學科交叉的原創性科學與技術，爭取在仿生智能界面材料、仿生納米孔道、誘導去浸潤、仿生黏附界面、仿生多尺度界面構筑等基礎研究方面取得原創性的基礎理論研究成果。

  同時，實驗室還會兼顧應用成果轉化。王樹濤說：“例如針對農藥噴灑利用率低的問題，我們研究了一種超浸潤制劑，可以將噴灑鋪展效率從不足0.1%提升到50%左右。在去浸潤誘導制備有機光電器件、新能源納米器件等應用方面，我們也會作出重大技術創新，解決能源、資源、環境、健康、信息、農業、化工等眾多行業領域發展的技術瓶頸，滿足國民經濟和國防建設的重大需求。”