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标  题: 向自然学习——化学所研究人员在仿生特殊浸润性界面材料领域取得系列成果 
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向自然学习——化学所研究人员在仿生特殊浸润性界面材料领域取得系列成果 


时间:2005年11月1日16:42    
来源:有机固体院重点实验室 


向自然学习,从自然中获得灵感和解决问题的思路,是现代科学研究的重要途径之一。中
国科学院院长路甬祥在10月20日下午对化学所创新工程三期现场考核和评估时再次强调了
向自然学习的重要性。 

化学所有机固体院重点实验室江雷研究员领导的课题组,近几年来一直致力于仿生纳米界
面材料的研究工作,并取得系列研究成果,最近应邀在《化学研究报导》 (Acc. Chem. R
es. 2005, 38, 644) 杂志上发表综述文章,该文以“Bioinspired Surfaces with Speci
al Wettability”为题,全面系统地介绍了该小组的工作,表明该研究小组在国际上占有
一席之地。 

该课题组从具有特殊表面性能的生物体出发,选择几种典型的生物体表面进行重点研究,
揭示了生物表面特殊浸润性的机理: 

(1)通过对荷叶表面结构的研究,发现其表面的微米/纳米结构与表面植物蜡的协同作用
是引起自清洁性的关键 (Adv. Mater. 2002, 14, 1857); 



荷叶出淤泥而不染的特点是其表面具有超疏水性质引起的,这种超疏水的性质是荷叶表面
的微米/纳米复合结构与其表面的植物蜡所产生的共同作用的结果。右图为荷叶表面微观结
构的电镜照片。 

(2)通过对水稻叶表面存在液滴滚动的各向异性的机理研究,发现该现象是由于其表面微
/纳米结构的定向排列的结果(Adv. Mater. 2002, 14, 1857); 



由于表面微米级结构的取向排列,水滴在水稻叶表面会呈现各向异性的流动趋势。左图为
水滴在水稻叶表面的各向异性照片;右图为水稻叶表面的微观结构电镜照片。 

(3)通过对水黾的腿部微结构的研究,揭示了水黾稳定的水上运动特性是源于特殊的微/
纳米结构和油脂的协同效应 (Nature 2004, 432, 36)。 



一种常见的生活在池塘、河流和溪水表面的昆虫-水黾为何能毫不蚜Φ卣驹谒嫔希⒛
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受到以上研究结果的启发,研究人员仿生制备了多种各具特色的特殊浸润性界面: 

(1)在开拓新材料领域方面:制备出具有超双疏 (同时疏水/疏油) 性质的阵列碳纳米管
薄膜 (Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1743);制备出不需要任何昂贵低表面能物质 
(如:有机氟及有机硅) 修饰就可以显示超疏水性质的聚合物薄膜 (Angew. Chem. Int. Ed
, 2002, 41, 1221); 首次利用双亲性聚合物制备超疏水性薄膜(Angew. Chem. Int. Ed.
 2003, 42, 800)。 

(2)在新性能拓展方面:与化学所杨振忠研究员合作,制备了在广泛pH值范围内超疏水纳
米结构碳膜(Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4217);采用静电喷涂技术制备出具有超
疏水/超亲油性的油水分离网膜 (Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 2012)。 

(3)在规模化制备方面:采用电纺技术制备由纳米纤维 “捆绑”的多孔微球类荷叶状结
构仿生超疏水聚合物荷叶薄膜 (Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4338);仿照水稻微米
结构排列方式制备出三维各向异性的碳纳米管微结构阵列 (J. Am. Chem. Soc. 2004, 12
5, 14996);与化学所徐坚研究员合作采用一步涂敷法,成功制备了具有类似于荷叶的微米
/纳米复合多级结构的超双疏聚合物涂层 (Adv. Mater. 2004, 16, 302);模拟蝉翅膀表面
的微观结构制备了超疏水聚合物纳米柱膜 (ChemPhysChem 2004, 5, 750);仿照壁虎脚底
刚毛结构制备具有高粘附力的超疏水聚苯乙烯薄膜 (Adv. Mater. 2005, 17, 1977)(Natu
re, 2004, 432,36)。 

(4)在智能可控方面:在外场可控超疏水与超亲水可逆“开关”材料的研制上取得了重要
的研究成果,实现了光响应 (J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 62) 及热响应 (Angew. Ch
em. Int. Ed. 2004, 43, 357) 的超疏水—超亲水可逆“开关”材料,该研究被评选为20
04年度中国十大科技进展新闻,并分别被Nature及Science杂志进行了报道。 

以上材料体系的研制,实现了学习自然、模仿自然的过程,发展了仿生纳米界面材料的新
领域。 
http://www.iccas.ac.cn/ 

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http://classpic5.chinaren.com/album/pic/67/654/2917034545011654067/110820603351815.jpg


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