超双疏TiO2分级结构表面黏附性调控及其应用基础研究

Based on the biomimetic construction of superamphiphobic porous (hydro/oleo-phobic) film with high porosity and low adhesion property, in this project, we will develop a facile bottom-up combination technique, to construct patterned superamphiphobic TiO2 hierarchical surfaces with a highly adhesion contrast. The patterning process are taking advantage of the directly physical covering of high energy materials to in-situ and rapidly realize the simultaneous adjusting of outmost structures and chemical components. Such a facile combination patterning process displays promising ways for rapidly and reversely creating visible wettability patterns with various adhesion, on demand, over large areas under ambient conditions. Following, we will investigate the effect of main factors, e.g., surface structures and chemical components, on adhesion engineering and its corresponding fundamental mechanism. Moreover, the potential application of the patterned superamphiphobic TiO2 surface in micro-droplet manipulation, template for functional nanomaterials, and biomedical implants was demonstrated. This simple combination method to achieve precise control and reversible switching of adhesion under ambient conditions, makes it possible to be applied on other superamphiphobic substrates. The results provide new insights into how to rapidly control the site-specific wettability and adhesion on superamphiphobic surface by adjusting the topographical structures and chemical components.

本项目在仿生构筑低黏附特性超双疏（疏水/疏油）高孔隙率TiO2微纳多级膜层的基础上,发展一种自下而上组合方法（Bottom-up combination method），成功构筑出具有黏附性显著差异的超疏图案膜层。该方法直接在各种超疏微区表面上物理覆盖高表面能材料，可原位即时改变微区域表面形貌结构和化学成份。改性区域具有可视化，以及能够在温和条件下快速可逆调控黏附力等诸多优点。研究膜层结构和化学成份与膜层浸润性，特别是超双疏表面黏附性之间的构性关系及相应理论基础。对高黏附性超双疏图案化表面在微液滴操控、功能材料合成模板、以及生物医用材料等领域的应用进行了探索。为构筑具有可控黏附特性的超双疏表面，以及超双疏微图案化表面的应用研究提供理论和技术指导。

在同一材料表面有序集成大量可视化的润湿性单元在微液体器件、液滴操控、微型反应器、生物模板芯片等领域具有诱人的应用前景。传统的图案化构筑采用“自上而下”的刻蚀方法，不仅损坏了基底材料，而且过程不可逆、费时繁琐，此外所获得的浸润性图案的粘附力不能直接定量评价。本项目在仿生构筑低黏附特性超双疏（疏水/疏油）高孔隙率TiO2微纳多级膜层的基础上, 项目发展了一种自下而上组合方法（Bottom-up combination method），成功构筑出了具有黏附性显著差异的超疏图案膜层。该技术方法能够直接在各种超疏微区表面上物理覆盖高表面能材料，可原位即时改变微区域表面形貌结构和化学成份。改性区域具有可视化，以及能够在温和条件下快速可逆调控黏附力等诸多优点。研究了膜层结构和化学成份与膜层浸润性，特别是超双疏表面黏附性之间的内在构性关系及相应理论基础。对高黏附性超双疏图案化表面在微液滴操控、功能材料合成模板、以及生物医用材料等领域的应用进行了探索。为构筑具有可控黏附特性的超双疏表面，以及超双疏微图案化表面的应用研究提供了理论和技术指导。