我國(guó)科學(xué)家首次提出“超鋪展”概念

近日，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院理化技術(shù)研究所研究員江雷和研究員田野團(tuán)隊(duì)在Accounts of Chemical Research上，以Bioinspired superspreading surfaces： from essential mechanism to application為題，發(fā)表綜述論文，系統(tǒng)提出了超鋪展概念及其表征方法，綜述了超鋪展表面的本質(zhì)機(jī)理及研究進(jìn)展，總結(jié)了超鋪展的應(yīng)用領(lǐng)域，展望了領(lǐng)域內(nèi)遺留的重大挑戰(zhàn)及發(fā)展方向。

根據(jù)1805年提出的楊氏方程，熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)接觸角被廣泛用于表征表面浸潤(rùn)性，并根據(jù)其定義宏觀穩(wěn)態(tài)接觸角小于5°的表面為超親液表面。但該表征方法在描述液體的動(dòng)力學(xué)鋪展過程時(shí)，顯示出較大局限性。

江雷團(tuán)隊(duì)過去已經(jīng)對(duì)液體動(dòng)態(tài)鋪展過程進(jìn)行了研究，并將其應(yīng)用于薄膜制備、分離、散熱等領(lǐng)域。研究中發(fā)現(xiàn)，表面的性質(zhì)主要由液體的動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)鋪展速度主導(dǎo)，而不是熱力學(xué)上的超親性。在此基礎(chǔ)上，該綜述正式提出，在描述液體動(dòng)力學(xué)鋪展過程時(shí)，應(yīng)該使用超鋪展這一概念，而不是經(jīng)典的超親液概念，并建議使用超鋪展時(shí)間或者鋪展半徑隨時(shí)間變化曲線來定量表征這些表面的動(dòng)力學(xué)鋪展性質(zhì)。科研人員傾向于使用體積為2 μL的液滴，此時(shí)液體的尺寸小于其毛細(xì)長(zhǎng)度，其主要?jiǎng)恿W(xué)行為受表面張力驅(qū)動(dòng)而忽略重力的影響。

超鋪展領(lǐng)域的研究處于起步階段，盡管近年來取得了快速發(fā)展，但仍存在大量問題。在機(jī)理方面，表面水分子的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)熱力學(xué)中使用的固-氣、固-液表面張力的聯(lián)系仍十分模糊;如何從動(dòng)力學(xué)角度理解納米結(jié)構(gòu)對(duì)超鋪展閾值的影響成為難題。在應(yīng)用方面，超鋪展表面的長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍成為瓶頸，尤其對(duì)于暴露在空氣中的表面;大面積超鋪展表面的制備成本較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。