由于液體灌注的多孔滑動表面的優異特性,如高表面積,孔徑大小可調節以及可變結構多孔材料在能量轉換和儲存,催化,光催化,吸附和分離等方面發揮著重要作用。特別是在多孔聚合物結合了聚合物和多孔微結構的獨特特性后,越來越受到人們的關注。傳統的制備方法通常需要犧牲模板和多步驟制備。因此,科學家一直在尋找一種簡單的一步法,可以生成多孔聚合物納米結構,與此同時也形成光滑表面的基礎。
大自然是最聰明的造物者,科學創新和科技往往受到自然界的啟發,就像豬籠草中首次觀察到的濕滑表面現象。昆蟲可以在墻壁上自由行走,但當它落在豬籠草葉邊緣上時,很難能夠站穩,并且很容易從葉邊緣滑落到豬籠草的內底部。這是由于多微米級口袋結構定向地分布在豬籠草唇表面上,形成了一薄層連續的被俘液體層在豬籠草表面上。該被俘潤滑液層可以有效減弱豬籠草表面與昆蟲或液滴的粘黏作用。與昆蟲類似,水滴或有機油滴同樣容易在豬籠草表面上自由滑落。
圖為飛秒激光制備超滑PET表面過程
對于SLIP的仿生設計必須滿足三個要求。首先,創建一個多孔表面并用鎖定在微孔中的驅避液體填充。其次,滑液必須對基材具有潤濕性但對液體具有排斥性;第三,滑液與驅避液體不互溶。通常情況下,SLIPS的制備遵循自下而上的方法。這意味著化合物的微孔層沉積在具有不同力學、熱學和電學性質的不同材料的基質上。
西安交通大學陳鋒和陸曉云教授領導的團隊在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等多種聚合物材料表面研究時,開發了飛秒激光一步直寫技術(one-step femtosecond laser direct writing strategy)。利用這種方法制備SLIP時,其基底層和多孔層在本質上是同種材料。該團隊通過飛秒激光灼燒使聚合物表面形成納米微孔,再用氟代烷基硅烷進一步處理后,通過在最終步驟中用硅油作為驅避液體填充微孔而獲得了光滑表面。
各種各樣化學純的或復合液滴(如飲用水、十六烷、墨水、甘油、咖啡、可口可樂、牛奶、果汁、蛋清等)都可以在該樣品表面上很容易滑下去,而不會有任何黏著或殘留。此外,他們還發現原始飛秒激光燒蝕過的PET表面能夠顯著促進神經膠質瘤細胞的增殖,而超滑PET表面能夠完全抑制該類細胞的生長。
考慮到飛秒激光直寫技術幾乎適用于任何聚合物材料表面,因此成為制造SLIPS表面的理想方法。此外,光滑PET表面在神經膠質瘤細胞的增殖過程中與原始的激光誘導多孔PET表面發揮完全不同的作用,使得該方法在細胞排列和組織形成的控制中得到了應用。 |