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  智能超疏水表面在自清潔、防污、油水分離、水下氣泡操縱、和霧氣收集等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用激發(fā)了科研人員濃厚的研究興趣。然而，大多數(shù)表面的智能性是由表面化學(xué)和靜態(tài)微結(jié)構(gòu)的變化實(shí)現(xiàn)的，這嚴(yán)重阻礙了它們的應(yīng)用范圍。為了克服這些缺點(diǎn)，形狀記憶聚合物（SMP）材料被應(yīng)用于智能表面。SMP作為一種刺激響應(yīng)材料，在磁場(chǎng)、酸堿度、光、溫度等刺激下，可以實(shí)現(xiàn)原始形狀和暫時(shí)形狀之間的可逆轉(zhuǎn)變。受自然界生物的啟發(fā)，SMP超疏水表面受到科研人員的廣泛關(guān)注。目前，許多SMP表面調(diào)諧是在加熱板或烘箱中完成的，不能實(shí)現(xiàn)原位調(diào)諧。此外，SMP樣品在制備過(guò)程中使用的模板大都是通過(guò)光刻或化學(xué)刻蝕的方法得到的，過(guò)程復(fù)雜，容易造成環(huán)境污染。通過(guò)飛秒激光微鉆孔的方法設(shè)計(jì)并制備了SMP多種微圖案，實(shí)現(xiàn)了豐富的表面原位智能潤(rùn)濕性調(diào)控。

  在實(shí)際應(yīng)用中，原位可逆調(diào)諧在無(wú)損液滴運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。為了克服上述方法的不足，合肥工業(yè)大學(xué)劉焜教授、焦云龍副研究員、吳思竹副教授與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳東教授課題組合作，利用激光直寫并結(jié)合聚合物轉(zhuǎn)印技術(shù)，制備了一種形貌可控的三維微錐結(jié)構(gòu)陣列，然后利用銀納米薄膜的原位加熱功能，實(shí)現(xiàn)了微錐結(jié)構(gòu)從彎曲到直立的原位調(diào)諧（ACS Appl. Mater. Inter., 2020, 12, 13464-13472.），在此基礎(chǔ)之上通過(guò)在聚合物材料內(nèi)部摻雜帶有磁性的鐵粉顆粒，使得微錐結(jié)構(gòu)在近紅外光照和磁場(chǎng)作用下可以實(shí)現(xiàn)從直立到彎曲的原位調(diào)諧，從而對(duì)智能微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全方位的非接觸式形態(tài)調(diào)控（Adv. Funct. Mater. 2021, doi:10.1002/adfm.202100543），利用這種形態(tài)可調(diào)的智能微結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)微小液滴的多功能操控，包括液滴原位抓捕、釋放、單向運(yùn)輸?shù)裙δ堋?

圖1 聚合物微結(jié)構(gòu)的制備和形態(tài)調(diào)諧方法示意圖

圖2 聚合物微結(jié)構(gòu)形狀記憶與潤(rùn)濕性調(diào)控機(jī)制模型

  此外，目前大多數(shù)關(guān)于SMP的研究主要集中在對(duì)空氣中不同的液滴操控上，而對(duì)微結(jié)構(gòu)SMP表面水下原位油潤(rùn)濕性的可逆調(diào)節(jié)研究很少。但微結(jié)構(gòu)SMP表面實(shí)現(xiàn)水下原位油潤(rùn)濕性和粘附性的可逆調(diào)節(jié)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。他們進(jìn)一步利用聚合物在不同彎曲狀態(tài)下的粘附性差異，實(shí)現(xiàn)了高粘度流體在水下的無(wú)損轉(zhuǎn)移和運(yùn)輸，并探究潤(rùn)濕性和粘附性轉(zhuǎn)化機(jī)制（Appl. Phys. Lett. 2021, 118, 033701），同時(shí)利用機(jī)械拉伸方法在彈性聚合物表面上，通過(guò)改變微結(jié)構(gòu)的尺寸大小改變流體在聚合物表面上的接觸角滯后特性，建立了三相接觸線的滯后阻力模型，并實(shí)現(xiàn)對(duì)水下流體滑移和釘扎運(yùn)動(dòng)行為的原位控制，在微流體領(lǐng)域具有重要的研究?jī)r(jià)值（Langmuir 2021, 37, 2140–2145）。

圖3 聚合物微結(jié)構(gòu)在微液滴操控、水下粘附性調(diào)控以及信息加密等領(lǐng)域的應(yīng)用展示

  以上系列研究工作得到包括國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金、面上基金以及中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金的資助。合肥工業(yè)大學(xué)為論文成果第一署名單位，論文的通訊作者為機(jī)械工程學(xué)院摩擦學(xué)研究所劉焜教授、儀器與光電工程學(xué)院吳思竹副教授與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳東教授，第一作者包括合肥工業(yè)大學(xué)摩擦學(xué)研究所焦云龍副研究員和儀器與光電工程學(xué)院2019級(jí)博士研究生李傳宗。

  相關(guān)論文鏈接：

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b20223

  https://doi.org/10.1002/adfm.202100543 

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.langmuir.0c03330

  https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0040990