吉大张成春、伦敦玛丽女王大学陆遥Prog. Mater. Sci. ：通过仿生材料结构对液体进行智能操控

液体的操控对于各种生物体的生存和人类的工业应用至关重要。然而，随着技术的进步以及现代生活和工业的需求不断增加，为了进一步提高液体操控的灵活性和实用性，科学家们探索了利用外部条件来实现对液体的智能操控。其中，基于生物启发润湿性结构表面的液体智能操纵策略已然成为一个创新发展方向。

近日，吉林大学工程仿生教育部重点实验室张成春教授团队与伦敦玛丽女王大学陆遥副教授合作在Progress in Materials Science期刊上发表“Intelligent Manipulation of Liquids through the Bio-inspired Structuring of Materials”文章，系统阐述了使用仿生润湿性结构表面对液体进行智能操纵的进展，为设计有效的智能液体操纵结构提供指导。文章第一作者是吉林大学生物与农业工程学院、仿生科学与工程学院张成春教授及其博士生王琳，通讯作者是伦敦玛丽女王大学陆遥副教授。本课题得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、吉林省科技发展计划、山东省自然科学基金和泰山产业领军人才工程的支持。

该文对具有仿生润湿性结构表面上智能操纵液体的进展进行了总结，重点聚焦于通过改变各类仿生表面的结构或润湿性以响应外部刺激，进而操控液体的行为。首先，作者探讨了液体操控机制，涵盖表面润湿行为、液体输运以及液滴反弹的传统模型。随后，对自然生物的超润湿机理进行了总结并分类论述，其中包括超疏水表面、超亲水表面、超双疏表面、几何各向异性表面、各向异性结构和润湿表面、不对称表面以及超滑表面。接着，总结了在各种外场（电、磁、光、声、温度、机械应力和PH 梯度）作用下，液体在不同仿生润湿性结构表面上的智能操控策略，以及水下油滴和气泡智能调控的进展情况。此外，还对用于创建仿生润湿性结构表面的不同制备技术进行了总结归类，即加法技术、减法技术和不涉及材料增减的技术。最后，作者对通过仿生材料结构对液体进行智能操控的局限性和前景展开了讨论，为工程应用提供了参考。

在大多数评论文章中，液体的操控通常被认为是功能性表面的应用。在该综述中，作者则更进一步，对表面微/纳米结构之间的相互作用及其在液体操控中的功能进行了全面综述。可以相信，该综述将引起从事智能表面结构制造和表征领域的高度关注，尤其是在仿生制造、微纳加工、化学合成、界面化学、表面工程等方面。同时，这篇综述也将吸引致力于智能液体管理系统知识转化的读者，例如自清洁、集水、传热、防冰、生物医学、可穿戴设备以及微型机器人、传感器等应用领域的研究者，有助于满足工业发展的需求，进而提升人们的生活质量。

图1. 使用不同策略的液体运输机理图。

图2. 具有特殊润湿特性的典型生物体的概述和机理图。

图3. 仿生润湿结构的制备方法

作者简介：

张成春，吉林大学生物与农业工程学院、仿生科学与工程学院教授，博士生导师，现任国际英文期刊Droplet创刊总编、副主编，工程仿生国家地方联合工程实验室主任。研究兴趣包括仿生飞行器与仿生动力系统、以及与之相关复杂流体与复杂流动等。在Progress in Materials Science、ACS NANO、Chemical Engineering Journal等期刊发表论文80余篇，获得中国发明专利授权26件，出版专著1部。

王琳，吉林大学生物与农业工程学院、仿生科学与工程学院博士在读，研究兴趣为仿生表面液滴/气泡，至今在ACS NANO、Progress in Materials Science等期刊发表多篇研究论文。

陆遥，先后在英国伦敦大学学院取得博士学位并完成博士后研究。现任伦敦玛丽女王大学副教授，博士生导师，玛丽居里学者导师。研究抗污功能材料，低碳制造等方向。发表SCI论文110余篇，累计引用8000余次，H因子48。代表性成果以第一作者发表于国际知名期刊Science，单篇他引1700余次，被全球200多家媒体相继报道。曾受邀参加第67届林岛诺贝尔获奖者大会，并在大会中获得Bayer Open Science Start-up大奖。

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原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101358

来源：高分子科学前沿

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