浸潤性是固體表面的重要特征之一，它是由表面的化學(xué)組成和微觀幾何結(jié)構(gòu)決定的。但是通過外場調(diào)節(jié)控制表面浸潤性的研究還未見報(bào)道。

    化學(xué)所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室功能界面材料研究組成功地通過調(diào)節(jié)“光”和“溫度”，實(shí)現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)表面材料超疏水與超親水之間的可逆轉(zhuǎn)變，制備出超疏水/超親水“開關(guān)”材料，在功能納米界面材料研究領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。這兩項(xiàng)研究成果在基因傳輸、無損失液體輸送、微流體、生物芯片、藥物緩釋等領(lǐng)域具有極為廣闊的應(yīng)用前景。

    在熱響應(yīng)超疏水-超親水可逆“開關(guān)”研究中，他們用表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合方法，在基底上制備溫度響應(yīng)高分子聚異丙基丙烯酰胺薄膜，通過控制表面粗糙度實(shí)現(xiàn)了在很窄的溫度范圍內(nèi)(10?C)超親水和超疏水性質(zhì)之間的可逆轉(zhuǎn)變。在低溫時(shí)，羰基和胺基被水分子組合，分子間氫鍵是主要的驅(qū)動(dòng)力；隨著溫度的升高，分子內(nèi)氫鍵起了主要作用，分子鏈采取更為緊密的排列方式，排斥了水分子。這種界面性質(zhì)的可逆開關(guān)現(xiàn)象是通過表面化學(xué)修飾和表面粗糙度相結(jié)合，由熱誘導(dǎo)所導(dǎo)致的。該文章發(fā)表在國際權(quán)威雜志德國《應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 357)上。該雜志將這一重要成果，推選為德國《應(yīng)用化學(xué)》的vip(Very Important Paper)文章。并在封面說明中寫道:“陰和陽是中國古代哲學(xué)中自然及宇宙中的兩個(gè)相反的性質(zhì)，該項(xiàng)工作正是通過外場作用將兩個(gè)完全相反的性質(zhì)在同一個(gè)界面上實(shí)現(xiàn)了可逆的轉(zhuǎn)化”。這篇文章發(fā)表后馬上被《科學(xué)》雜志主編推選為化學(xué)方面的亮點(diǎn),并在2004年1月16日出版的《科學(xué)》雜志以《超級開關(guān)》為標(biāo)題，報(bào)道了該項(xiàng)研究成果。

    在紫外光響應(yīng)超疏水-超親水可逆“開關(guān)”研究中，他們利用水熱法成功制備陣列的氧化鋅納米棒，并實(shí)現(xiàn)了其超疏水特性，其與水的接觸角為150?，當(dāng)表面傾斜時(shí)液滴即可滾落。該氧化鋅納米棒陣列薄膜在紫外光的照射下，其表面的浸潤性由超疏水向超親水轉(zhuǎn)變，與水的接觸角達(dá)到了0?，液滴在此表面迅速鋪展，并滲入到陣列材料表面。將其在暗處放置一段時(shí)間后，又恢復(fù)到超疏水的狀態(tài)。這樣，通過光照與在暗處放置這兩個(gè)過程的交替，實(shí)現(xiàn)了材料在超疏水與超親水之間的可逆轉(zhuǎn)變。文章在《美國化學(xué)會(huì)志》(J. Am. Chem. Soc. 2004,126, 1, 62)發(fā)表后，立即被《自然》雜志報(bào)道，指出由該小組制備的納米氧化鋅陣列結(jié)構(gòu)薄膜具有“同時(shí)疏水/親水”，就如同一塊“納米地毯”，這種結(jié)構(gòu)所具有的超疏水特性可以使該材料具有不沾水和自清潔的作用。通過紫外光的照射，“地毯”又成為超親水的材料，使水能夠存留在粗糙的納米結(jié)構(gòu)中。

    “超級開關(guān)”材料的研制成功標(biāo)志著化學(xué)所在功能納米界面材料的研究上又上升到了一個(gè)新的臺階。
陣列氧化鋅納米膜的SEM照片和XRD衍射圖片
PNIPAAm修飾光滑表面的熱響應(yīng)浸潤性