首届奇材馆先进材料评选竞赛

展品名称：仿荷叶超疏水表面

材料类别：仿生材料

创作者名称：王方鑫

所属学校：扬州大学

参赛论文：The three-line synergistic icephobicity of conductive CNTs/PDMS nanocomposite with bio-inspired hierarchical surface

科研笔记：

仿生结构探索防覆冰表面设计新策略

       物竞天择，适者生存，自然界中的生物经过长时间的进化与演化，已基本适应了自然。多数生物体在结构与功能、运动方式与行为、环境适应与行为调控、信息传递与处理等方面得到了充分的协调与优化。通过探究大自然中的奥秘，学习、研究和模仿大自然，可以为解决现代科技发展面临的“卡脖子”问题提供创新思路和答案。

       自然界中生活着这样一群生物，它们能够巧妙地利用表面张力实现一些高难度的生物功能，从而展现出了丰富多彩的毛细和浸润现象，如蜘蛛网的截雾取水、水黾的“轻功水上漂”等。面对这个鬼斧神工、神秘莫测的，同时经历了无数沧海桑田演变的大自然，知其然而不知其所以然的文人墨客只能感叹“造化钟神秀”（杜甫，《望岳》）。时至今日，凭借先进的观测手段研究学者已然了解到自然界中动植物所表现出的各种奇妙宏观功能多与其自身微观结构特征有关。例如，荷叶表面微纳米相复合的多级结构是致使荷叶“出淤泥而不染”（周敦颐，《爱莲说》）的根本原因。

       与此同时，我们也应该认识到“师法自然”不应只停留在基于外表和表象的“形似”的层面，而应进一步提升到基于机制和原理的“神似”水平。只有这样，仿生设计才会更加高效、更加精准。本文作者通过模仿荷叶上表面微观结构特征构筑了一型含有分级复合结构的仿生超疏水表面，随后的研究结果证实，仿生表面较小的固-液接触面积在延长液滴形核时间的同时降低了临界凝结核出现的概率，而且一二级结构之间存在的空腔能够产生额外的毛细拉拽力，帮助液滴在相变过程中维持更有利的Cassie浸润状态，相较于传统单级结构组成的超疏水表面表现出了更稳定的防覆冰能力。

展品简介/创新点：

立足于克服超疏水表面在防覆冰领域的工作机理限制，解决其高防覆冰需求与低耐候性之间的矛盾。本项工作通过将认识自然与模仿自然、仿生技术与纳米技术相结合，开展耦合纳米复合材料电热效应及其仿生表面超疏水效应的防/除冰一体化研究，探索防覆冰表面设计新策略。

性质：

本项工作瞄准学科发展前沿，围绕新型材料设计和发展中的关键科学问题，开展需求导向的应用研究。

展品应用领域：

1、在防附着、减少阻力方面的应用
将仿生超疏水表面材料刻蚀在输送石油的管道中，可以防止石油粘附管道壁，从而减少运输过程中的损耗并防止石油管道堵塞;用于水中运输工具或水下核潜艇表面上，可以减少水的阻力，从而提高行驶速度。
2、在微流体控制方面的应用
超疏水材料表面所具有的不浸润性及低表面粘滞力，使其在微流体控制应用方面也有十分出色的表现。比如控制微液滴的运动和流动，并以此制造微液滴控制针头。
超疏水表面材料的应用面相当广泛，可涵盖航天军工，交通工具、农业、建筑、医疗、日用纺织品等各个方面，可以说前景非常广阔。

展品参数：