财讯：电子科大64年来首提Nature封面，邓旭团队为超疏水表面披上“铠甲”

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原创关注尖端科技量子位

白交发自凹非寺

量子比特报道|公众号qbitai

荷叶为什么“出泥不染”？ 鸭子怎么能浮在水面上？ 水黾( m464； n )是如何实现“水上漂流”的？

在自然界中实现这些，有科学奥秘的超疏水表面。

听起来难以启齿！

但是，在取出泥土不染色的荷叶上，表面是水珠，但没有铺满过。

据说这背后不是荷叶表面的亲水性，而是与水疏远，这个表面具有“疏水性”。

实际用途也很广。 看看“荷叶”“鸟羽”就知道了。

干燥，自我清洗，不污染生物。

日常眼镜的去雾功能是因为眼镜表面附着了“超疏水材料涂层”。

但是这种材料耐久性不强，容易磨损。 有心的人可能已经发现你的眼镜不久就不能去雾了。

但是，现在这个问题由中国研究小组一举处理，来自电子科学技术大学邓旭、王德辉团队的研究成果也刊登在最新的nature封面上。

有趣的是，电子科学技术大学首次登上nature的封面作为“第一单位”。

所以这到底是什么样的研究呢？

疏水性和耐久性不能共生吗？

正如我刚才所说，雾化去除眼镜不久就会失效。 这就是材料疏水性和耐久性共生的弱点。

这也是这次电子科大团队的研究背景和出发点。

为什么疏水性和耐久性不能共生？

首先，我们需要知道接触角这个概念。

通常，固液接触主要有三个表面、固液表面、液气表面、气固表面。

接触角是固液表面和气液表面之间的夹角。

接触角超过90度时，固液表面不润湿，即疏水性，相反证明是亲水性。

接触角越大证明疏水性越强。

在实际生活中，为了提高材料表面的疏水性，减少固液接触是一般的手段。

但是，这样，如果只有固体表面的一小部分面积与液体接触，粗糙的表面就会受到高机械负荷的局部压力，他们容易破碎，容易磨损。

另外，由于容易磨损，也有可能从疏水性变为亲水性等，使表面性发生变化。

因此，一般假设其表面的机械稳定性和疏水性是“相互排斥”的表面性。

好像是“鱼和熊掌不可兼得”。

这样，对超疏水材料的应用也带来了很多限制，也是要求尽快应对实用化的重要课题。

基于这个问题，研究小组设计了这样的超疏水表面，可以使两个性质“和谐共生”。

那是怎么做到的呢？

它是怎么设计的？

这项研究的亮点主要在两个方面。

设计了可互联表面框架的微观结构，作为“盔甲”。 其中包括“口袋”，有高度疏水化但机械脆弱的纳米结构。

将该结构应用于硅、陶瓷、金属、透明玻璃等各种基材的结果表明，即使用砂纸和锋利的钢刃磨损后，也能维持得到的超疏水表面的疏水性。

其中最重要的核心是微观结构的设计。

使用了“解耦机制”。

通俗地说，分工合作，工作不累。

把表面润湿性和机械稳定性分割成两个不同的结构尺度，用两个结构尺度分别进行最佳设计。

你不用持久。 负责疏水性就行了。 我负责为你在外面加强。

△图1 :微观结构设计

从设计的模型来看，纳米结构体磨损时，磨损的物体可能会插入纳米结构体之间，对结构体造成一定的损伤，但如果加入微细结构，这样的磨损也会减少。

△图2 :微观结构的机械稳定性

微观结构由“倒金字塔空腔”的微观阵列组构成(图2a、2b )。 用微压痕法与柱形金字塔形相比，倒金字塔形的硅基板显示出良好的力学性能(图2c )。

在陶瓷、金属、玻璃中也应用了这样的结构，得到了同样的结果。

△磨损后的疏水性

其次，对设计的超疏水表面进行了疏水性和机械稳定性的验证，找到了两个性质良好的“共生”。

△超疏水表面的机械稳定性

实际测试

之后，他们还进行了实际的测试。

经过刀具、螺丝刀、砂纸和钢球的“破坏”显示了超疏水性和机械稳定性。

以玻璃为例，这样看可能更直观。

不仅在刀片磨损、磨损后，还能显示出良好的疏水性。

也有其“自清洁除尘”功能。

△雾在被粉尘污染的平面硅片( b )和设计的“盔甲”硅片上的凝结情况( c )

特别是注明灰尘来自成都。

此外，该设计结构具有高透光率，可以在太阳能电池上制作坚固透明的自清洗面漆，节约水资源、人力及价格，为少雨地区提供了自清洗太阳能电池的处理方案。

团队介绍

这次研究来自电子科技大学“胶体与接口中心”邓旭教授的课题组。

中心主要从事材料表面、物理化学、仿生等相关研究。

去年11月，邓旭教授获得了中国化学会颁发的“菁青化学新锐奖”。

这次论文的“第一作者”王德辉博士。

本科就读于四川农业大学应用化学专业，后在陕西师范大学攻读材料科学硕士学位。

年来电子科技大学邓旭课题组攻读博士学位。

那时他们可能无法预料，四年后，高兴地提到nature的封面是电子科技大学的里程碑时刻。

所以，无论是科研还是就业，都需要梦想和追求。 万一努力的话就能实现啊~

论文链接:

nature/nature/volumes/582/issues/7810

邓旭课题组: ccsi.uestc.edu/

结束了

原标题:“电子科大时隔64年提倡nature封面，邓旭队在超疏水表面披上了“盔甲”。

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