6月3日，《自然》杂志发表了电子科技大学基础与前沿研究所邓旭教授的最新研究成果《鲁棒超水生表面的设计》，并入选本期封面。
本工作提出解耦机制，将表面润湿性和机械稳定性拆分为两个不同的结构尺度，通过优化这两个结构尺度，为超疏水表面打造具有优异机械稳定性的微结构装甲，从而解决超疏水表面机械稳定性不足的关键问题。这项工作的第一作者是基础与前沿研究所的博士生王德辉，基础与前沿研究所的邓旭教授是论文通讯的作者。论文工作主要在我们学校完成。这是我校首次以第一单位在《自然》杂志上发表研究成果，标志着我校在材料表面科学研究领域取得重大突破。合作者为物理学院陈龙泉教授和机电学院朱教授。
背景介绍
仿生荷叶超疏水材料因其独特的固液界面性质，在表面自清洁、生物防污、防水防冰、流体减阻、传热传质等领域显示出巨大的应用潜力。，进而发展出超亲水、超疏油等一系列超润湿体系理论。姜磊院士团队、David Quéré教授团队等一大批国内外研究群体在固液界面材料研究领域建立了坚实的理论和应用基础，取得了丰硕的研究成果[1-4]。
通常，材料的超疏水表面需要微/纳米粗糙结构和低表面能来捕获空气体并托起液滴，以实现Cassie-Baxter状态并产生低固液接触。而微/纳米粗糙结构在机械载荷下会产生极高的局部压力，使其易碎，易磨损。此外，磨损会暴露下面的材料，将表面的局部化学性质从疏水性改变为亲水性，导致水滴的钉扎。长期以来，人们认为表面的机械稳定性和超疏水性是两个相互排斥的特性，所谓“鱼和熊掌不可兼得”。因此，如何保证超疏水材料具有良好的超疏水性能，同时实现强的机械稳定性，是实际应用中亟待解决的关键问题[5]。
成就简介
微结构装甲的设计
通常，减少固液接触是增强表面超疏水性的常用手段。根据Cassie-Baxter方程，固液接触面积的减小有利于表观接触角的增大和滚动角的减小。但由于接触面积的减小，微/纳米结构必然会承受更高的局部压力，这意味着超疏水性和机械稳定性在一种性能提高的同时必然导致另一种性能的下降。基于一种新的思路，本文首次通过解耦机制将超疏水和机械稳定性分离为两种不同的结构尺度，提出了微结构“盔甲”的概念来保护超疏水纳米材料免受摩擦磨损。基于润湿性理论和机械力学原理，得出微结构的设计原则。在通用衬底如硅片、陶瓷、金属、玻璃等的表面上制备装甲结构。通过使用光刻、冷/热压等微加工技术，再结合超疏水纳米材料，构建具有优异机械稳定性的装甲超疏水表面。
装甲的超疏水表面表现出优异的机械稳定性。
这项工作不仅综合了高强度机械稳定性、耐化学腐蚀和热降解性、抗高速射流冲击和抗冷凝失效的综合性能，而且实现了玻璃装甲表面的高透光率，为该表面应用于自清洁汽车玻璃、太阳能电池盖板和建筑玻璃幕墙创造了必要条件。研究人员将该表面应用于太阳能电池盖板，实现了通过表面凝结水滴去除尘粒的自清洁方法，为少雨地区的自清洁太阳能电池提供了解决方案。基于玻璃装甲表面的自清洁技术，可以巧妙利用雨水或雾滴消除灰尘、鸟粪等污染，长时间维持太阳能电池的高效能量转换，节省传统清洁过程中必要的淡水资源和人力成本。本文的创新设计思想和总体制造策略显示了装甲超疏水表面的非凡应用潜力，将进一步推动超疏水表面进入广泛的实际应用领域。
高透光率玻璃涂层超疏水表面在自清洁太阳能电池板中的应用
参考
1.林峰、、李英顺、李焕军、张玲娟、金宅、、刘碧倩、。超疏水表面:从自然到人工。高级材料，14，1857-1860
2.雍美正、、、黄、薛林田、傅强聂、、金寨、。湿润蜘蛛丝上的定向集水。自然，463，640-643
3.大卫·奎雷。潮湿和粗糙。材料研究年度评论，38，71-99
4.孙、、、、叶、、崔嘉熙、陈龙泉、王钻凯、尤尔根·巴特、多丽丝·沃尔默、。程序化液滴传输的表面电荷印刷。自然材料，18，936-941
5.雪林天，图克卡韦霍，罗宾哈拉斯。将超疏水表面推向实际应用。科学，352，142-143
研究小组介绍
邓旭是电子科技大学基础与前沿研究所的教授，也是材料表面科学研究中心和马普研究所联合实验室的负责人。主要研究领域为材料表面科学、物理化学和仿生工程。已在《科学》、《自然》、《自然材料》、《自然通讯》、《物理评论快报》、《angewandte Chemie国际版》发表，在《先进材料》等国际知名期刊发表文章60余篇，并被《自然》、《自然纳米技术》、《自然物理》、《麻省理工技术评论》等国际知名学术媒体专题报道。
作为主要发明人，获得欧洲发明专利3项，美国发明专利2项，中国发明专利5项。获国家青年人才、四川省学术技术带头人、国际仿生学会青年委员、中国化学会仿生材料化学专业委员会委员、中国十大科技先锋、中国化学会首届景清化学先锋奖。
王德辉，电子科技大学基础与前沿研究所2016级博士生，以第一作者或合著者身份在Nature、Nature Materials、Advanced Materials、Soft Matter等国际知名杂志发表论文10余篇，被引用260余次。其中，第一作者发表在《自然》杂志上的研究论文被选为封面报道。申请国家发明专利10余项，授权7项。
相关信息
、蔷蔷·孙、马蒂·霍坎宁、、林范燕、
刘强，顺，周天凤，，，周泉，
陈龙泉，王钻凯，罗宾拉斯。鲁棒超疏水表面的设计。自然，582，55-59
资料来源:电子科技大学基础与前沿研究所
