近日(ri)，中國科學院(yuan)院(yuan)士、中科院(yuan)理(li)化技術研(yan)究所研(yan)究員(yuan)江雷和研(yan)究員(yuan)田野團(tuan)隊在Accounts of Chemical Research上(shang)，以Bioinspired superspreading surfaces:from essential mechanism to application為題，發表(biao)綜述論文(wen)，系統提出了超(chao)鋪展(zhan)概念及(ji)其(qi)表(biao)征方(fang)法，綜述了超(chao)鋪展(zhan)表(biao)面的本(ben)質(zhi)機理(li)及(ji)研(yan)究進(jin)展(zhan)，總(zong)結了超(chao)鋪展(zhan)的應(ying)用(yong)領(ling)域，展(zhan)望了領(ling)域內(nei)遺留的重(zhong)大(da)挑戰及(ji)發展(zhan)方(fang)向。

根據(ju)1805年提出的(de)楊氏(shi)方(fang)程(cheng)，熱力(li)學(xue)穩態接觸角被廣泛用于表(biao)征表(biao)面浸潤(run)性，并根據(ju)其定(ding)義宏觀穩態接觸角小于5°的(de)表(biao)面為(wei)超(chao)親液(ye)表(biao)面。但該表(biao)征方(fang)法在描述液(ye)體的(de)動力(li)學(xue)鋪展過程(cheng)時(shi)，顯示出較大局限性。

江雷團隊過去已經對液(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)動(dong)態鋪(pu)展(zhan)(zhan)過程進行(xing)了研(yan)究，并將(jiang)其應用(yong)于薄膜(mo)制備、分離、散(san)熱等領域。研(yan)究中發現，表(biao)面的(de)(de)性(xing)(xing)質主要由液(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)的(de)(de)動(dong)力學(xue)(xue)動(dong)態鋪(pu)展(zhan)(zhan)速度主導(dao)，而(er)不是熱力學(xue)(xue)上(shang)的(de)(de)超(chao)親性(xing)(xing)。在此基礎上(shang)，該綜(zong)述正(zheng)式(shi)提出，在描述液(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)動(dong)力學(xue)(xue)鋪(pu)展(zhan)(zhan)過程時(shi)(shi)，應該使(shi)用(yong)超(chao)鋪(pu)展(zhan)(zhan)（Superspreading）這(zhe)一概念(nian)，而(er)不是經典的(de)(de)超(chao)親液(ye)(ye)(ye)概念(nian)（Superhydrophilic/Superlyophilic），并建議使(shi)用(yong)超(chao)鋪(pu)展(zhan)(zhan)時(shi)(shi)間(jian)（Superspreading time，ST，一滴液(ye)(ye)(ye)滴從接觸表(biao)面到完全(quan)鋪(pu)展(zhan)(zhan)至接觸角(jiao)達到0°所需要的(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)）或者(zhe)鋪(pu)展(zhan)(zhan)半徑隨時(shi)(shi)間(jian)變(bian)化曲線(xian)（Superspreading Radius versus Spreading Time,SRST）來定量表(biao)征這(zhe)些表(biao)面的(de)(de)動(dong)力學(xue)(xue)鋪(pu)展(zhan)(zhan)性(xing)(xing)質。科(ke)研(yan)人員傾向于使(shi)用(yong)體(ti)(ti)積為2μL的(de)(de)液(ye)(ye)(ye)滴，此時(shi)(shi)液(ye)(ye)(ye)體(ti)(ti)的(de)(de)尺寸小于其毛細(xi)長度，其主要動(dong)力學(xue)(xue)行(xing)為受表(biao)面張力驅(qu)動(dong)而(er)忽(hu)略重(zhong)力的(de)(de)影(ying)響。

文章介(jie)紹了(le)(le)(le)經過(guo)億萬年進(jin)化后(hou)自然(ran)(ran)界中選擇留下的(de)(de)各(ge)種優異超鋪(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)表面(mian)，包括動(dong)物角(jiao)膜、宣紙等。自然(ran)(ran)界中超鋪(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)表面(mian)的(de)(de)優異性(xing)能直(zhi)接決定了(le)(le)(le)其正常作用的(de)(de)發(fa)揮甚至其生理功能。這些自然(ran)(ran)表面(mian)均使用了(le)(le)(le)微納(na)復(fu)合的(de)(de)多尺度結(jie)(jie)構來實(shi)現超鋪(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)性(xing)能；從(cong)分子尺度的(de)(de)表面(mian)自組裝水(shui)分子結(jie)(jie)構引(yin)起(qi)的(de)(de)新的(de)(de)親(qin)疏水(shui)界線（65°）到納(na)米結(jie)(jie)構和(he)微觀(guan)結(jie)(jie)構在(zai)超鋪(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)過(guo)程(cheng)中的(de)(de)宏觀(guan)各(ge)自作用，綜(zong)述了(le)(le)(le)超鋪(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)本質(zhi)機(ji)理研究的(de)(de)最(zui)新進(jin)展(zhan)(zhan)(zhan)；進(jin)一(yi)步總結(jie)(jie)了(le)(le)(le)常用的(de)(de)超鋪(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)表面(mian)制備方法、介(jie)紹了(le)(le)(le)超鋪(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)表面(mian)的(de)(de)應用領域，提出了(le)(le)(le)超鋪(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)體(ti)系(xi)，總結(jie)(jie)了(le)(le)(le)該領域存在(zai)的(de)(de)挑戰(zhan)。

超鋪展(zhan)(zhan)領域的(de)研究處于起(qi)步階段(duan)，盡(jin)管近年來取得了(le)快速(su)發展(zhan)(zhan)，但仍(reng)(reng)存在大量問題：機理方面，表(biao)面水分子(zi)的(de)結構與傳統(tong)熱力學中使用(yong)(yong)(yong)的(de)固-氣、固-液表(biao)面張力的(de)聯系仍(reng)(reng)十(shi)分模糊(hu)；如(ru)何(he)從動(dong)力學角度理解納米結構對(dui)超鋪展(zhan)(zhan)閾值的(de)影(ying)響成為(wei)(wei)難題。應用(yong)(yong)(yong)方面，超鋪展(zhan)(zhan)表(biao)面的(de)長期穩定性仍(reng)(reng)成為(wei)(wei)瓶頸，尤其對(dui)于暴(bao)露在空氣中的(de)表(biao)面；大面積超鋪展(zhan)(zhan)表(biao)面的(de)制備成本較高，限制了(le)其大規模應用(yong)(yong)(yong)。

圖1.超鋪展概念總(zong)覽

圖(tu)2.自然界(jie)中的超鋪展表面

圖3.超鋪展體系(xi)

圖(tu)4.新(xin)的親疏水(shui)界線

圖(tu)5.納米(mi)結構(gou)在超(chao)鋪展中的作(zuo)用

圖6.微米(mi)結構在超(chao)鋪展中的作用

圖7.超(chao)鋪展表面用于薄膜制備