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  2019年7月3日，河南農業大學宋美榮教授、中國科學院理化技術研究所董智超博士、中國科學院化學研究所王毅琳研究員等作為共同通訊在ACS nano上發表增強液滴在線條和彎曲超疏水植物葉片上的沉積（Enhancing Droplet Deposition on Wired and Curved Superhydrophobic Leaves）一文，該工作得到了江雷院士的指導。

  水滴在超疏水葉片上極易反彈和濺射，接觸時間極短（毫米級別水滴為10毫秒），因此增強水滴在超疏水葉片上的沉積問題對提高農用化學品的利用率、減少浪費和環境污染等有非常重要的意義。該研究團隊曾于2017年在Science Advances上發表囊泡性表面活性劑AOT有效抑制超疏水平面上彈射和濺射問題（Sci. Adv., 2017, 3, e1602188）。但是農民面臨的情況可能更加嚴重，因為超疏水葉片如水稻、小麥、花菜、甘藍上面有很多單條紋、交叉條紋、平行條紋或者彎曲結構，可以誘發各向異性鋪展和回撤，水滴的接觸時間將繼續降低50%左右，變得更容易反彈和濺射，這將極大增加水滴沉積的難度。該研究團隊仔細總結了水滴撞擊在條紋和彎曲結構超疏水表面的共同特點（水滴撞擊時在某個方向上動量集中，伸長率增大且容易分裂，導致接觸時間降低），制定了解決問題的順序是“分裂——持留——鋪展”：首先采用極少量（<0.01%）具有顯著拉伸粘度的高分子量的聚合物稀溶液（如PEO）來抑制伸長，從而控制水滴分裂；同時添加少量表面活性劑如AOT，來增強釘扎效應（Pinning）, 留住水滴（<0.1%）；最后，當水滴留在基底上，那些在水滴內部的表面活性劑分子就可以有充足的時間遷移到水滴表面來降低平衡表面張力，從而慢慢浸潤葉片，獲得較大的潤濕鋪展面積。

圖1 水滴在單條紋超疏水表面的沉積策略（左圖）以及在水稻背面的證實（右圖）

  實驗完全證實了該團隊的研究思想和策略，聚合物PEO和表面活性劑AOT成功解決了水滴在條紋和彎曲超疏水葉片上的各向異性沉積問題。該論文提出的通過分析撞擊動力學特征合理制定沉積策略的思想，不僅可以快速選擇現有助劑解決沉積問題，而且降低了沉積對動態表面張力的要求，不用那么低就可以沉積，極大降低了表面活性劑的用量，和擴展了表面活性劑可選的種類，使沉積變得更容易。

圖2 組合助劑增強水滴在條紋（水稻、花菜）和彎曲（蔥）以及平面對照（甘藍）超疏水植物葉片上的沉積

  此外，作者也證實了該組合助劑在狗尾巴草、仿生超疏水條紋和彎曲表面以及各種仿生超疏水表面上，甚至在解決彈性超疏水表面的沉積問題上也是有效的。

  本工作受到了國家自然科學基金（21703058, 21703270 and 21805072）、河南省重點研發（192102110053）、河南省青年骨干教師（2017GGJS03）、現代農業技術體系（(CARS-04-PS23)）河南農業大學特殊創新基金(KJCX2019C05)、國家級大學生創新創業實驗 (20171046636)等聯合資助，在此一并致謝。

  參與本論文工作的所有作者如下：

  宋美榮（通訊作者），段虎(研究生)，鄭先福，王麗霞，于智倫（本科生），安萬凱，那日松，李儲鑫，李寧，盧周卉，董智超（通訊作者），王毅琳（通訊作者），江雷

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.9b02457