ACS Nano | 江雷院士Nano Focus: 从仿生超浸润界面纳米材料到仿生超低能耗过程

本文由江雷院士团队总结，回顾了从仿生超浸润界面纳米材料到仿生超低能耗过程的研究历程。背景方面，自然界中荷叶自清洁、水黾水上行走等现象展示了独特的浸润性，但超疏水与超亲水的研究长期孤立，且其物理化学本质及亲疏界限等核心问题未获系统解答。研究目的旨在揭示超浸润的物理化学本质，构建统一的超浸润概念体系，并探索其在低能耗过程中的应用。结论部分，团队首先揭示了微纳米结构和表面化学组成是超浸润的关键，修正了杨氏方程关于亲疏界限的定义。他们构建了包含64种组合的静态超浸润体系并拓展至多种液体和三相界面反应。在动态超浸润方面，总结出微液滴定向驱动的原理，并发展出仿生集水、油水分离等应用。进一步，研究发现纳米限域空间内有序的水分子/离子链状结构是实现超快传输和超低能耗的物理化学本质，从而启发了仿生超低能耗材料制备、渗透能发电、高效物质分离乃至信息处理系统的开发，为应对能源与环境挑战提供了全新范式。