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  表面超疏液（superantiwetting）性質(zhì)對(duì)材料的理化性質(zhì)（如：黏附，摩擦，催化等）具有顯著影響，因而通過(guò)在表面構(gòu)建微米或納米結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)超疏液表面的構(gòu)筑，進(jìn)而拓展不同材料在自清潔，減阻，防結(jié)冰，抗生物黏附等領(lǐng)域的應(yīng)用。目前絕大多數(shù)超疏液表面是基于無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)或具有高長(zhǎng)徑比的有序微納結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。較之于無(wú)規(guī)結(jié)構(gòu)難于調(diào)節(jié)和重復(fù)構(gòu)筑，有序微納結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)及特征參數(shù)易于調(diào)控越來(lái)越受到人們的青睞。但高長(zhǎng)徑比所帶來(lái)的無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)的脆性或者有機(jī)結(jié)構(gòu)的聚集塌縮現(xiàn)象會(huì)極大降低超疏液表面的浸潤(rùn)性和耐用性，因而構(gòu)建基于低長(zhǎng)徑比結(jié)構(gòu)的超疏液表面變得尤為重要。

  近日，吉林大學(xué)楊柏教授課題組通過(guò)微納加工方法構(gòu)筑了基于低長(zhǎng)徑比多級(jí)圓柱陣列的水下超疏油表面，證實(shí)了利用低長(zhǎng)徑比有序微納結(jié)構(gòu)制備超疏液表面的可能，為利用低長(zhǎng)徑比結(jié)構(gòu)構(gòu)建超疏液表面提供了一種新的思路。該研究以“Underwater Superoleophobic Surface Based on Silica Hierarchical Cylinder Arrays with a Low Aspect Ratio” 為題發(fā)表在ACS Nano上。論文第一作者為吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士畢業(yè)生劉文東，目前在德國(guó)馬普高的分子研究所Hans-Jürgen Butt課題組進(jìn)行博士后研究，通訊作者為楊柏教授和劉文東博士。

圖1 基于低長(zhǎng)徑比多級(jí)圓柱結(jié)構(gòu)表面的構(gòu)筑（a）及表面浸潤(rùn)性質(zhì)調(diào)控（b）

  該工作中，研究人員通過(guò)結(jié)合膠體刻蝕技術(shù)和光刻技術(shù)，構(gòu)筑了基于低長(zhǎng)徑比二氧化硅多級(jí)圓柱陣列（HCAs）的水下超疏油表面。首先，利用光刻技術(shù)在基底表面制備光刻膠點(diǎn)陣，并以光刻膠圖案為掩膜，將暴露的二氧化硅基底用氟等離子體蝕刻以獲得微米尺度二氧化硅圓柱陣列。微米級(jí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的直徑為20微米，相鄰點(diǎn)的中心距為40微米。而后在微米級(jí)圓柱圖案表面組裝二維六方密堆積聚苯乙烯（PS）微球，并用氧等離子體處理以蝕刻微球陣列達(dá)到非緊密堆積狀態(tài)。最后，以非緊密堆積狀態(tài)聚苯乙烯微球陣列為模板刻蝕基底，形成集成有微米級(jí)和納米級(jí)圓柱陣列的多級(jí)結(jié)構(gòu)。所制備的多級(jí)結(jié)構(gòu)的特正參數(shù)可通過(guò)調(diào)控蝕刻條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)其表面浸潤(rùn)性質(zhì)可通過(guò)不同分子修飾實(shí)現(xiàn)從水下超疏油狀態(tài)（OCA為161°）轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油狀態(tài)（OCA為19°）。與已報(bào)道的研究相比，微米結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)徑比大大降低，但保持了超疏液性質(zhì)。除了將納米圓柱集成在凸起的微米圓柱體之外，也可在凹陷的微阱陣列中構(gòu)筑此類低長(zhǎng)徑比納米結(jié)構(gòu)進(jìn)而獲得超疏油表面。這種多級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了微米結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)在同一基板上的集成，為構(gòu)建基于低長(zhǎng)徑比結(jié)構(gòu)的表面并將其引入不同基底和器件提供了基礎(chǔ)。

圖2  溫度控制的水下-油浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)變.（a）PNIPAAm修飾的HCAs在20-75°C溫度區(qū)間油的可逆浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)變;（b）20°C和75°C條件水下油滴在PNIPAAm修飾的HCAs表面上的接觸角.

  除小分子修飾外，在表面進(jìn)行溫度響應(yīng)性PNIPAAm接枝可實(shí)現(xiàn)溫度控制的表面浸潤(rùn)行為轉(zhuǎn)變。當(dāng)接枝的PNIPAAm達(dá)到最佳厚度（45 nm）時(shí)，結(jié)構(gòu)化表面仍可維持水下超疏油性質(zhì)。當(dāng)溫度從20°C升高到75°C時(shí)，PNIPAAM-g-HCAs的水下OCA從153°降低到31°。通過(guò)降低溫度，油的潤(rùn)濕行為可以恢復(fù)到原始狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了溫度控制超疏油性質(zhì)和親油性質(zhì)之間的可逆轉(zhuǎn)變，且潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)變具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，進(jìn)一步展現(xiàn)了將低長(zhǎng)徑比多級(jí)結(jié)構(gòu)用于水和油的分離，過(guò)濾，微反應(yīng)器，芯片實(shí)驗(yàn)室設(shè)備等方面的潛力。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04670