多层级树枝状微纳复合结构对表面超疏液性能的影响与机制研究

Superomniphobic surface can repel not only water and oil but even liquids with low surface energy. Because of its extraordinary property and broad application prospects, the development of novel superomniphobic surface has attracted great attention. So far, the mechanisms between the hierarchical structure of superomniphobic surface and its wetting property has not been systematically proven. In this project, we aim to design and construct hierarchical micro/nano forest structure to achieve superomniphobicity on various substrates through hydrothermal method. Besides, the relationship between the physical and chemical property, the density and length of branches and its wettability will be investigated. Factors including the surface energy, contact area of the forest structure, pressure will also be considered to establish a model to explain wetting mechanisms. We believe this project is of great significance. It will not only improve the understanding of superomniphobic nature but also help us to develop novel superomniphobic surfaces in a controllable and simply way.

超疏液表面不仅对水、油，甚至对低表面能液体都具有优异的低润湿性。因其特殊的性质与广阔的应用前景，超疏液材料的开发备受国内外研究关注。但是迄今为止，材料微结构与超疏液性质之间关系尚未系统探明。本项目通过设计多层级树枝状微纳复合结构，利用水热法在常压低温条件下研制可适用于多种材质的高性能超疏液表面，建立物理化学性质、层级数目、多级结构长度、树枝状结构密度等因素与浸润性质的对应关系，比较液体与不同微纳结构体系作用的能量、接触面积、压强等，推导和优化液体在树枝状微纳复合结构下的浸润模型，以此探明多层级树枝状微纳复合结构与超疏液性质的影响机理，为超疏液材料的结构设计与可控制备提供依据。通过上述研究，不仅能完善超疏液性质的基础理论研究，也为实现应用型超疏液表面的可控开发提供了简易的方法，具有重要的科学意义与应用前景。

超疏液材料因其独特的性质与广阔的应用前景，受到广泛的关注研究。多层次微纳结构的设计是制备超疏液表面的有效途径。然而，材料微结构与超疏液性质之间的相互关系有待系统研究，超疏结构的应用值得进一步探索。本项目通过对多层次微纳复合结构的精巧设计，制备了一系列具有优异疏液性质的多层级树枝状微纳复合结构，包括枝状、树冠状、刺墙阵列、倒悬式荆棘纳微墙阵列结构等。通过对不同制备工艺的系统研究，实现了对多层级微纳复合结构的精密调控，深入探究了多层级结构与润湿性质的相互关系，得到了影响疏液性质的关键参数，揭示了多层次微纳结构中倒悬特征对疏液性质的关键作用。同时，充分利用微纳结构中材料的理化性质，结合其超疏自清洁特性，对其在抗生物污染传感器件的应用进行了系统的探索。我们的研究为超疏液多层级微纳结构的制备及其应用提供了扎实的研究基础。