自然界中,生物體經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年進(jìn)化,其表面與液體或光線形成了獨(dú)特的相互作用機(jī)制,如超疏水、超親水或特定光波長(zhǎng)吸收等,這些特性對(duì)它們?cè)谔囟ōh(huán)境中的生存至關(guān)重要。研究表明,這些功能主要源于生物體表面特殊的微納結(jié)構(gòu)。盡管科學(xué)家們已開發(fā)出光刻、蝕刻、激光加工等多種技術(shù)來(lái)仿生構(gòu)建這類結(jié)構(gòu),但這些方法往往過(guò)程復(fù)雜、設(shè)備昂貴,且在獨(dú)立實(shí)現(xiàn)多尺度結(jié)構(gòu)與多功能集成方面面臨挑戰(zhàn)。因此,開發(fā)一種簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的高性能多功能表面制備策略,一直是該領(lǐng)域的熱切期待。
近日,東南大學(xué)趙遠(yuǎn)錦教授課題組發(fā)現(xiàn),在熱力學(xué)結(jié)霜過(guò)程中,聚合物單體能夠逆著重力,沿著生長(zhǎng)的霜晶結(jié)構(gòu)向上“攀爬”。基于這一現(xiàn)象,他們提出了一種名為“冰晶輔助冷凍鑄造”的新策略。該策略利用結(jié)霜相變過(guò)程中水蒸氣凝結(jié)并自相似生長(zhǎng)形成的對(duì)稱分形霜晶作為動(dòng)態(tài)模板,使底部的聚合物單體遷移并包裹霜晶。隨后,通過(guò)簡(jiǎn)單的原位光交聯(lián)和移除霜晶模板,即可直接獲得具有類霜晶分級(jí)結(jié)構(gòu)的超表面。這種方法被證明適用于多種光聚合單體,并能通過(guò)與MXene等功能納米材料集成,使所得超表面同時(shí)具備超疏水性、高效光熱轉(zhuǎn)換、出色的防冰以及光愈合超疏水和自清潔等多重卓越性能。相關(guān)論文以“Bio-Inspired Super-Surfaces from Frost-Assisted Freeze-Casting Strategy”為題,發(fā)表在Advanced Materials上。
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