Small Structures:各向异性浸润性表面:原理,构筑和应用

浸润性是固体表面的重要性质,决定着固液间的相互作用方式,对生产生活和自然界中的多种行为过程具有重要影响。比如荷叶表面的超疏水性质赋予其自清洁的能力,水黾腿的超疏水性质使其能够在水面自由行走。固体表面浸润性能够以多种方式影响固液间的行为过程,包括接触角、粘附力、导电性、导热性、相变能垒等。相比于具有均匀浸润性的表面,各向异性浸润性表面在不同位置或方向上展示出不同的浸润性,将多种浸润性的优势加以整合,能够实现对液体行为更加复杂和精确的控制,逐渐成为了人们的研究热点。

中科院化学所宋延林研究团队从原理、制备和应用等方面对各向异性浸润性表面进行了综述。固体表面浸润性决定于表面的化学性质和微观物理结构。因此,可以通过设计非均匀的化学性质和/或物理微结构,实现各向异性浸润性表面的构筑。从化学修饰的角度,构筑方法包括选择性紫外辐射、选择性等离子体处理、选择性分子接枝、以及各种印刷技术等;从物理加工的角度,构筑方法包括增材制造、活性离子束刻蚀、激光烧蚀等。由于各向异性浸润性表面具有精确可控的浸润性分布,因此能够使不同区域产生差异化的固液相互作用。基于此,他们总结了各向异性浸润性表面在光电功能器件制备和生物传感/检测等领域的应用。实现功能材料的精确图案化是光电功能器件制备的基础。通过对表面各向异性浸润性的设计,能够使功能材料在表面发生各向异性去浸润和优先沉积,实现了高精度、大面积制备光电功能器件的制备。对于生物传感和检测领域来说,微量样品的高灵敏分析和多种样品的高通量分析是研究热点和难点。利用各向异性浸润性表面对样品溶液的富集效应和限域效应,能够对上述问题加以解决,促进该领域发展。

最后,作者对各向异性表面的制备方法和稳定性,以及对复杂液体体系的精确控制等方面进行了展望。相关结果发表在Small Structures(DOI:10.1002/sstr.202000028)上。