水与新型智能表面之间又爱又恨

英属哥伦比亚大学(UBC)的研究人员开发了一种智能表面，能够提供快速和可逆的表面润湿特性，从超疏水到超亲水，它使用了如此小的电压，可以由传统电池供电。

多年来，人们一直在寻找一种既能排斥液体又能吸收液体的独特表面，这种表面的润湿行为能够被迅速而精确地控制。这种技术将有许多应用，从水过滤和芯片上的实验室系统到生物医学设备和液体光学透镜。

现在，UBC的研究人员已经创造了这样一种智能表面;它价格低廉，可扩展，由传统电池供电。在电势作用下，铜基表面从非常疏水(超疏水)变成非常吸水(超亲水)。

当微小的电压被施加到表面时，最初滚落的水滴会越来越紧地附着在表面。通过改变电压的大小和施加电压的时间，我们可以很容易地控制每个液滴与表面形成的角度和发生的速度。

本·扎赫里，该研究的联合首席作者，发表在先进材料界面

润湿蚀变的机理基于地表法拉第相变。铜表面的氧化状态显示为亲水CuO和疏水Cu的混合物₂O通过表面成分分析-随着电势的施加而改变。当电势消失时，液滴保持其形状并固定在原地。

这种可切换的润湿性允许简单和精确地控制表面润湿性，从超疏水到超亲水，响应时间短。润湿转变的速率和期望的接触角液体可通过控制应用电位的大小和持续时间来精确控制。

当样品在环境温度下干燥或在100℃下热干燥时，这个过程是完全可逆的。与室温干燥相比，后者不影响表面组成。

研究人员选择铜是因为它便宜、丰富，是世界上最常用的金属之一。许多研究小组利用热、紫外线和x射线等其他刺激改变了铜表面的行为。然而，要达到这一目标，需要高达300°C的温度，暴露时间从几十分钟到几天不等，这使得它们不适合消费者和工业用途。

相比之下，UBC团队使用的电刺激可以在电压低于1.5V(通常在日常电池中使用)的情况下，迅速(从几秒到几分钟)并可逆地改变润湿行为。

虽然研究人员最初的研究对象是铜，但扎赫里认为，类似的结果可能会发生在其他金属、金属氧化物和混合氧化物的电化学操作上。其他导电液体，如血液，也可以使用。

这些发现可能会为智能表面的探索开辟一个新领域。

沃尔特梅里达,MUBC机械工程教授

控制表面润湿性的能力可以应用于任何需要操纵液滴或液滴吸收的固体颗粒的地方，包括微流体设备和危险物质处理系统。欧洲杯猜球平台它还提供了先进的自清洁能力，通过控制液体的滚动，可用于自清洁窗户和太阳能电池。

图片来源:英属哥伦比亚大学

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