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  近年來(lái)液體操控在液體收集、微流控和圖案化等領(lǐng)域展現(xiàn)出重要的研究?jī)r(jià)值。浸潤(rùn)性調(diào)控是實(shí)現(xiàn)液體操控的重要途徑之一。1805年托馬斯·楊（Thomas Young）提出楊氏方程，闡明液體在固體表面的浸潤(rùn)態(tài)取決于相界面張力的平衡關(guān)系。理想情況下，只需調(diào)控任一相界面張力，液體的浸潤(rùn)態(tài)就可以發(fā)生顯著改變。已經(jīng)發(fā)展的浸潤(rùn)性調(diào)控手段主要利用固體表面修飾，如分子層修飾和表面微結(jié)構(gòu)，但面臨處理流程復(fù)雜和成本高昂等問(wèn)題。由于氣液界面修飾手段有限且難以穩(wěn)定，直接調(diào)控氣液界面實(shí)現(xiàn)浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)變?nèi)允且粋�(gè)挑戰(zhàn)。

  宋延林研究員課題組多年來(lái)專注于液滴精確操控、氣泡和流體的圖案化研究。近期他們發(fā)現(xiàn)在小分子氣氛誘導(dǎo)下，液體表現(xiàn)出了明顯的響應(yīng)性浸潤(rùn)態(tài)轉(zhuǎn)變，可實(shí)現(xiàn)“覆水可收”。小分子氣氛包括短鏈醇類、酮類和酸類等。響應(yīng)性浸潤(rùn)態(tài)轉(zhuǎn)變受液體內(nèi)部馬拉格尼效應(yīng)（Marangoni effect）控制，具備實(shí)時(shí)氣氛響應(yīng)性。這一發(fā)現(xiàn)為液體行為操控提供了新的思路和手段。

圖1. 氣氛誘導(dǎo)液滴浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)變、滑移和感應(yīng)性

  如圖1所示，在空氣中引入一定濃度乙醇?xì)夥眨?gt; 0.5 kPa）時(shí)，超親基底上的水滴將會(huì)出現(xiàn)顯著的接觸角增大現(xiàn)象。這一現(xiàn)象廣泛存在于低表面張力小分子氣體和高表面能液體之間。以乙醇?xì)夥蘸退螢槔�，受氣液界面吸附和液體相分子擴(kuò)散的影響，乙醇分子在液滴的表面濃度由三相線到中心遞減，造成局部的張力降低并誘發(fā)向液滴中心的馬拉格尼流。定向的馬拉格尼流使液滴展現(xiàn)出收縮態(tài)。收縮態(tài)液滴的滾動(dòng)角低至1°，展現(xiàn)出高滑移性。此外，氣氛環(huán)境下液滴間具有遠(yuǎn)程吸引和自發(fā)聚并行為，這些特性為后期的液體操控奠定了基礎(chǔ)。

  固體表面的薄液膜的回收一直是一個(gè)難題，即“覆水難收”，而氣氛誘導(dǎo)浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)變可解決這一難題。如圖2所示，他們通過(guò)自制的氣氛誘導(dǎo)液體回收裝置，可在數(shù)十秒內(nèi)對(duì)4 cm²的水、DMF和乙二醇薄液膜實(shí)現(xiàn)高達(dá)95%的回收率。對(duì)于更加復(fù)雜的隨機(jī)分散液膜，氣氛誘導(dǎo)回收裝置也可實(shí)現(xiàn)超過(guò)90%的回收率，同時(shí)起到固體表面清潔的作用。此外，液滴遠(yuǎn)程吸引和高滑移性為構(gòu)建液滴微流體和液滴反應(yīng)提供了可能。通過(guò)構(gòu)建Y型通道，實(shí)現(xiàn)了氣氛誘導(dǎo)下液滴間的混合反應(yīng)。利用液滴間自發(fā)聚并和響應(yīng)性收縮，構(gòu)建了便捷的液滴反應(yīng)，可極大降低微量反應(yīng)的成本。

圖2. 氣氛誘導(dǎo)的液體回收、液滴微流控和液滴反應(yīng)

  此項(xiàng)研究在液體回收、液滴操控及固體表面清潔等方面具有重要意義和價(jià)值。利用氣氛誘導(dǎo)的浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)變，有望實(shí)現(xiàn)稀有液體資源再回收和特定基底表面清潔。氣氛誘導(dǎo)的浸潤(rùn)性轉(zhuǎn)變作為一種新的去浸潤(rùn)控制手段，有望用于功能材料的動(dòng)態(tài)圖案化和非接觸印刷。

  此論文發(fā)表在ACS Applied Materials & Interface (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, DOI: 10.1021/acsami.0c20546)上。論文的第一作者為中科院化學(xué)所宋延林課題組博士后李正博士，共同第一作者為西安大略大學(xué)楊軍教授課題組博士后黃占東博士，通訊作者為中科院化學(xué)研究所宋延林研究員和喬雅麗研究員。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.0c20546