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西安交通大学陈烽教授：飞秒激光调控材料表面润湿性的新进展

文章来源：未知更新时间：2018-06-05 15:19:39

由于液体灌注的多孔滑动表面的优异特性，如高表面积，孔径大小可调节以及可变结构多孔材料在能量转换和储存，催化，光催化，吸附和分离等方面发挥着重要作用。特别是在多孔聚合物结合了聚合物和多孔微结构的独特特性后，越来越受到人们的关注。传统的制备方法通常需要牺牲模板和多步骤制备。因此，科学家一直在寻找一种简单的一步法，可以生成多孔聚合物纳米结构，与此同时也形成光滑表面的基础。

大自然是最聪明的造物者，科学创新和科技往往受到自然界的启发，就像猪笼草中首次观察到的湿滑表面现象。昆虫可以在墙壁上自由行走，但当它落在猪笼草叶边缘上时，很难能够站稳，并且很容易从叶边缘滑落到猪笼草的内底部。这是由于多微米级口袋结构定向地分布在猪笼草唇表面上，形成了一薄层连续的被俘液体层在猪笼草表面上。该被俘润滑液层可以有效减弱猪笼草表面与昆虫或液滴的粘黏作用。与昆虫类似，水滴或有机油滴同样容易在猪笼草表面上自由滑落。

图为飞秒激光制备超滑PET表面过程

对于SLIP的仿生设计必须满足三个要求。首先，创建一个多孔表面并用锁定在微孔中的驱避液体填充。其次，滑液必须对基材具有润湿性但对液体具有排斥性;第三，滑液与驱避液体不互溶。通常情况下，SLIPS的制备遵循自下而上的方法。这意味着化合物的微孔层沉积在具有不同力学、热学和电学性质的不同材料的基质上。

西安交通大学陈锋和陆晓云教授领导的团队在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等多种聚合物材料表面研究时，开发了飞秒激光一步直写技术（one-step femtosecond laser direct writing strategy）。利用这种方法制备SLIP时，其基底层和多孔层在本质上是同种材料。该团队通过飞秒激光灼烧使聚合物表面形成纳米微孔，再用氟代烷基硅烷进一步处理后，通过在最终步骤中用硅油作为驱避液体填充微孔而获得了光滑表面。

各种各样化学纯的或复合液滴（如饮用水、十六烷、墨水、甘油、咖啡、可口可乐、牛奶、果汁、蛋清等）都可以在该样品表面上很容易滑下去，而不会有任何黏着或残留。此外，他们还发现原始飞秒激光烧蚀过的PET表面能够显著促进神经胶质瘤细胞的增殖，而超滑PET表面能够完全抑制该类细胞的生长。

考虑到飞秒激光直写技术几乎适用于任何聚合物材料表面，因此成为制造SLIPS表面的理想方法。此外，光滑PET表面在神经胶质瘤细胞的增殖过程中与原始的激光诱导多孔PET表面发挥完全不同的作用，使得该方法在细胞排列和组织形成的控制中得到了应用。

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