荷叶上滚动的水珠是自然界对液体在固体表面滑动这一现象最形象的阐释。受此启发,人们最初认为接触角(contact angle,CA)的大小表征了液滴在固体表面滑动的难易程度,并且通过仿制荷叶表面的微纳结构来设计具有超疏水性质的粗糙结构表面,从而实现液体在固体表面的滑动。然而,两个方面的实验事实凸显出人们对固体表面滑液性质(sliding fluids)认识的局限性。其一、超疏水的粗糙结构表面对于一些低表面能液体的排斥性不佳,未能呈现出对水那样优异的滑液性质。其二、一些特殊的表面,即使液体的接触角没有达到超疏状态(CA>150°),仍然呈现出优异的滑液性质。如近年来发展出的液态和类液态表面,无论被测试液体的表面张力以及接触角大小,都呈现出了普适且优异的滑液性质。近日,加拿大女王大学刘国军教授和日本产业技术综合研究所Atsushi Hozumi教授对具有滑液性质的液态和类液态表面/涂层进行了综述,期待加深对液体在固体表面滑动这一现象的认知,同时为相关材料与技术的工程应用提供借鉴与指导。
图1. 液态与类液态表面/涂层分类。
文章首先指出对于液态与类液态表面而言,接触角迟滞(Contact angle hysteresis)或者滑动角(minimum tilt angle for sliding liquid)比接触角更适合用来描述液体在固体表面滑动的难易程度,是认识滑液性质的重要参数。如图1所示,文章从液态和类液态两个大类对相关研究进行了分类汇总,分别从单分子层、聚合物薄膜/聚合物刷、有机-无机杂化涂层/薄膜、光滑的液体灌注表面、有机凝胶、光滑表面支撑的液态层等六个方向综述了相关表面/涂层的制备方法、动态去润湿性质、滑液性质的耐久性以及应用导向的其他特性等。同时,还指出了液态与类液态表面/涂层目前需要克服的问题,如液态表面存在润滑剂的损耗、部分类液态表面只适用于光滑平整基底等。文章最后强调了平衡滑液性质及其耐久性、制备方法的便捷性、环保性是液态与类液态表面/涂层走向大规模应用的关键因素。
文章以题为“Liquid and liquid-like surfaces/coatings that readily slide fluids”发表在高分子领域著名综述期刊Progress in Polymer Science上,通讯作者为女王大学刘国军教授和日本产业技术综合研究所Atsushi Hozumi教授。
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2021.101468
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