复杂表面的表面自由能理论及其在超滑移表面功能材料研制中的应用

本项目拟针对具有微纳米多级结构的复杂表面，分析其表面形貌对材料表面自由能和液体浸润性能的影响，并建立表面几何形貌与表面自由能及液体浸润性能的定量关系。然后，基于吉布斯自由能原理及连续介质力学理论，建立理论模型，描述复杂表面微纳米多级结构及表面自由能等因素对固-液界面流动滑移性能的影响。作为实验验证和应用，利用刻蚀、沉积、模板等方法制备具有微纳米多级结构的复杂表面材料，并由化学修饰使其具有超滑移性能；实验测量超滑移表面的有效滑移长度，并紧密结合理论分析和多尺度计算，指导制备出更优滑移性能的超滑移表面材料。本项目的研究对于揭示复杂表面形貌对材料等效表面自由能的影响、微纳米材料的功能化设计、以及超滑移流动减阻表面的研制具有重要意义。

本项目以研究复杂表面的表面自由能理论与其在超滑移表面功能材料中的应用为目的，分别研究了滑移表面在流动中的减阻效果以及对流场的优化作用；研究了具有复杂结构表面的超疏水材料在水下的稳定性、浸润状态、寿命与水下环境的关系；还研究了具有复杂结构表面的纳米孔隙材料在抽吸中的机制以及应用。在超疏水表面水下浸润状态与水下环境的关系、纳米孔隙材料抽吸特性研究上取得突破性进展。在本项目执行期间，在Physical Review Letters，Advanced Materials，Scientific Reports ,Langmuir 等国际著名杂志上发表SCI论文28篇，授权国际专利两项，20多次组织和参加国内外会议和大学邀请报告。获得三项学术奖励，包括长江学者特聘教授（2014），第十一届中国青年女科学家奖（2014），国家杰出青年科学基金（2012）。本研究对滑移表面的减阻降噪机制理解、超疏水表面的稳定性以及对其表面性质的控制、纳米孔隙材料的抽吸机制与应用有着重要的意义。