我國科學(xué)家首次提出“超鋪展”概念

近日，中國科學(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隊在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)機理及研究進展，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力學(xué)鋪展過程時，顯示出較大局限性。

江雷團隊過去已經(jīng)對液體動態(tài)鋪展過程進行了研究，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)主要由液體的動力學(xué)動態(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，在描述液體動力學(xué)鋪展過程時，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間或者鋪展半徑隨時間變化曲線來定量表征這些表面的動力學(xué)鋪展性質(zhì)?？蒲腥藛T傾向于使用體積為2 μL的液滴，此時液體的尺寸小于其毛細(xì)長度，其主要動力學(xué)行為受表面張力驅(qū)動而忽略重力的影響。

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;如何從動力學(xué)角度理解納米結(jié)構(gòu)對超鋪展閾值的影響成為難題。在應(yīng)用方面，超鋪展表面的長期穩(wěn)定性仍成為瓶頸，尤其對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。