Chemistry 版 (精华区)

发信人: loafer (习惯决定命运), 信区: Chemistry
标  题: 记中科院化学所有机固体院重点实验室功能界面材料小组 
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Mon Apr 17 13:12:44 2006)

记中科院化学所有机固体院重点实验室功能界面材料小组 


(2006-04-17 10:14:05)
 

从自然中寻找灵感是科学研究的一条捷径

本报记者 张双虎

    最近，在国家自然科学基金委、中国科学院和科技部的支持下，中科院化学所有机固
体院重点实验室功能界面材料小组捷报频传，先是与光化学重点实验室的研究人员合作，
制备出具有浸润、变色双功能的“光开关”氧化钨薄膜，并将成果发表在德国《应用化学
》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。此后，该小组又在制备稳定超疏水的金属表面研究中取得
突破，成功制备金属超疏水薄膜，将成果发表在《先进材料》(Adv. Mater.)上。 

    这种“光开关”氧化钨薄膜是采用电化学沉积的方法，制备出的纳米结构氧化钨薄膜
。据该小组研究人员介绍：通俗地说，“光开关”是指这种材料在光照前后，会呈现不同
的“亲水”和“疏水”特性。当我们想在材料某一位置表现出“亲水”特性时，就用紫外
光照射，水珠就会在材料表面铺展开来，从而实现用“光”来控制(开关)的功能。实验中
，研究人员将该薄膜交替地暴露在紫外光和黑暗中，有效地实现了光致变色和光诱导浸润
/去浸润两种开关性质的有效结合。 

    “该研究结果为开发新型的多功能响应的界面材料提供了新的思路，将来可应用于液
体定位等很多方面。”一位工作人员介绍说。另一项成果是该小组在结合之前电沉积和自
组装单层技术，有效控制金属铜表面的浸润性的基础上，利用生物矿化启发的形貌生成技
术，发展了一步浸泡法。在金属表面构筑了非常稳定的超/疏水薄膜(接触角约为162°，滚
动角小于5°)。而且，得到的超/疏水薄膜具有很好的环境稳定性(暴露在空气中几个月保
持性质不变，即使遇到有机试剂也能保持很好的超/疏水性)。 

    由于仿生超/疏水表面在工农业生产和日常生活中有广泛的应用，近年来引起了研究人
员高度关注。虽然人们利用具有低表面能的氟硅烷、疏水的聚合物等制备了一系列超/疏水
表面，然而金属表面的超/疏水性问题一直未得到有效解决。“一步浸泡法的特点是方法简
单、廉价，可大面积制备，这一成果对于金属的自清洁和防腐蚀有着重要的意义，具有很
好的应用前景。” 

    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
。研究小组负责人表示：“1999年科研小组成立后，几项成果都是在自然中找到灵感，从
具有特殊表面性能的生物体出发，在受到生物特性的启发下做出的。” 

    2002年，研究小组通过对荷叶表面存在的微/纳米结构的研究，发现了荷叶超/疏水自
清洁的机理。同时在研究中发现水稻叶表面微/纳米结构的定向排列是其表面存在液滴各向
异性的滚动的主要原因。这两项成果证实了微/纳米结构是产生超双疏性质的必要条件，微
米及纳米结构的排列直接影响水的运动趋向。前者对研制自清洁材料有重要的意义，后者
将在DNA芯片及微流体系统中得到重要应用。相关论文发表在《先进材料》(Adv. Mater.)
上。 

    此后，研究小组通过对水黾腿部微结构的研究，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。这一发现对设计动态超/疏水表面、进而研制新
型水上交通工具都有指导意义。Science、C&EN和National Geographic News等多家刊物进
行了报道。2005年，研究小组模仿壁虎的脚部结构，利用聚苯乙烯通过氧化铝模板，制备
了聚苯乙烯纳米管阵列薄膜。成果在《先进材料》(Adv. Mater.)上发表后，被Nature杂志
以News & Views的形式进行了报道。 

    近年来，小组发表SCI论文100余篇，其中Nature 1篇，Angew. Chem.12篇，JACS 6篇
，Adv. Mater. 13篇。分别被Accounts of Chemical Research和Adv. Mater.邀请撰写综
述文章。主要成果获2004年北京市科学技术一等奖，2005年国家自然科学二等奖。在应用
基础研究方面，申请专利70余项，其中授权31项。由于该研究小组多年来一直致力于仿生
纳米界面材料的研究，其研究成果得到国内外同行的关注。 

    “生物在地球上的历史有几百万甚至几十亿年。物竞天择，在自然选择中生存下来的
物种都有它存在的道理。向自然学习，寻找其中规律性的东西不失为科学研究的一条捷径
。”研究小组负责人说，功能界面材料小组所进行的研究力图使“纳米技术和传统产业改
造相结合”。这方面不能急功近利，研究小组正是在国家自然科学基金较少的限制和中科
院知识创新工程良好的氛围中，通过对自然界中植物、昆虫等具有疏水性表面的微观结构
进行研究，实现了从源于自然，实现了仿生制备；到超越自然，使研制的材料具有特殊浸
润性的功能。在这种“向发达国家学习，不如向自然学习”的思想的指引下。该小组的研
究在仿生纳米领域作出了不错的成绩。 




(张双虎) 

--
    爱一个人要了解，也要开解；要道歉，也要道谢；要认错，也要改错；要体贴，也要
体谅；是接受，而不是忍受；是宽容，而不是纵容；是支持，而不是支配；是慰问，而不 
是质问；是倾诉，而不是控诉；是难忘，而不是遗忘；是彼此交流，而不是凡事交代；是 
为对方默默祈求，而不是向对方诸多要求；可以浪漫，但不要浪费；可以随时牵手，但不 
要随便分手。


※ 来源:·哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn·[FROM: 133.87.1.154]