近日，中國科學(xue)院(yuan)院(yuan)士(shi)、中科院(yuan)理(li)化技術研(yan)(yan)究(jiu)所研(yan)(yan)究(jiu)員(yuan)江雷和研(yan)(yan)究(jiu)員(yuan)田(tian)野團隊在Accounts of Chemical Research上，以Bioinspired superspreading surfaces:from essential mechanism to application為題(ti)，發表綜(zong)述論文，系統提出了(le)超(chao)鋪(pu)(pu)(pu)展(zhan)概念及(ji)(ji)其表征方(fang)(fang)法，綜(zong)述了(le)超(chao)鋪(pu)(pu)(pu)展(zhan)表面(mian)的本質機理(li)及(ji)(ji)研(yan)(yan)究(jiu)進展(zhan)，總(zong)結了(le)超(chao)鋪(pu)(pu)(pu)展(zhan)的應用領域(yu)，展(zhan)望了(le)領域(yu)內遺留的重大挑戰及(ji)(ji)發展(zhan)方(fang)(fang)向。

根據1805年提(ti)出的楊氏方(fang)程，熱力(li)學穩(wen)態接觸(chu)角被(bei)廣泛(fan)用于表(biao)(biao)征(zheng)表(biao)(biao)面(mian)浸潤性，并(bing)根據其定義宏觀穩(wen)態接觸(chu)角小于5°的表(biao)(biao)面(mian)為超親液表(biao)(biao)面(mian)。但該(gai)表(biao)(biao)征(zheng)方(fang)法在描述液體的動力(li)學鋪展(zhan)過程時，顯示出較大局(ju)限性。

江雷團(tuan)隊過(guo)去已(yi)經對液體動態鋪展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)過(guo)程進行了研究，并將(jiang)其(qi)應(ying)用(yong)(yong)于薄膜制備(bei)、分離、散(san)熱等領域。研究中發現，表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)性質主(zhu)要(yao)由液體的(de)(de)動力(li)(li)學(xue)動態鋪展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)速度主(zhu)導，而(er)不是(shi)熱力(li)(li)學(xue)上的(de)(de)超(chao)(chao)親性。在此基礎(chu)上，該綜(zong)述正式提出，在描述液體動力(li)(li)學(xue)鋪展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)過(guo)程時(shi)(shi)，應(ying)該使(shi)用(yong)(yong)超(chao)(chao)鋪展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)（Superspreading）這一概(gai)念，而(er)不是(shi)經典的(de)(de)超(chao)(chao)親液概(gai)念（Superhydrophilic/Superlyophilic），并建議使(shi)用(yong)(yong)超(chao)(chao)鋪展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)時(shi)(shi)間(jian)（Superspreading time，ST，一滴(di)液滴(di)從接觸(chu)表(biao)(biao)面(mian)到完全鋪展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)至接觸(chu)角達到0°所需(xu)要(yao)的(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)）或者鋪展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)半徑隨時(shi)(shi)間(jian)變化(hua)曲線（Superspreading Radius versus Spreading Time,SRST）來定量表(biao)(biao)征這些(xie)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)動力(li)(li)學(xue)鋪展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)性質。科研人員傾(qing)向于使(shi)用(yong)(yong)體積為(wei)2μL的(de)(de)液滴(di)，此時(shi)(shi)液體的(de)(de)尺寸(cun)小(xiao)于其(qi)毛細長度，其(qi)主(zhu)要(yao)動力(li)(li)學(xue)行為(wei)受表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)(li)驅動而(er)忽略(lve)重力(li)(li)的(de)(de)影響。

文(wen)章介紹(shao)(shao)了(le)(le)經過(guo)億萬年(nian)進化后自(zi)然(ran)界(jie)(jie)(jie)中(zhong)(zhong)選擇留下的(de)各種優(you)異超(chao)(chao)(chao)(chao)鋪(pu)(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)表(biao)面(mian)，包括動物角(jiao)膜、宣(xuan)紙等。自(zi)然(ran)界(jie)(jie)(jie)中(zhong)(zhong)超(chao)(chao)(chao)(chao)鋪(pu)(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)表(biao)面(mian)的(de)優(you)異性能直接決(jue)定(ding)了(le)(le)其(qi)正常作用(yong)的(de)發揮甚(shen)至其(qi)生(sheng)理功能。這些自(zi)然(ran)表(biao)面(mian)均使用(yong)了(le)(le)微納復合的(de)多(duo)尺度結構來實現超(chao)(chao)(chao)(chao)鋪(pu)(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)性能；從分子尺度的(de)表(biao)面(mian)自(zi)組(zu)裝水(shui)分子結構引起的(de)新的(de)親疏(shu)水(shui)界(jie)(jie)(jie)線（65°）到納米結構和微觀結構在超(chao)(chao)(chao)(chao)鋪(pu)(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)過(guo)程中(zhong)(zhong)的(de)宏觀各自(zi)作用(yong)，綜(zong)述(shu)了(le)(le)超(chao)(chao)(chao)(chao)鋪(pu)(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)本質機理研(yan)究的(de)最新進展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)；進一步(bu)總結了(le)(le)常用(yong)的(de)超(chao)(chao)(chao)(chao)鋪(pu)(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)表(biao)面(mian)制備方(fang)法、介紹(shao)(shao)了(le)(le)超(chao)(chao)(chao)(chao)鋪(pu)(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)表(biao)面(mian)的(de)應用(yong)領域，提出了(le)(le)超(chao)(chao)(chao)(chao)鋪(pu)(pu)(pu)展(zhan)(zhan)(zhan)(zhan)體系(xi)，總結了(le)(le)該領域存在的(de)挑戰。

超(chao)鋪展領(ling)域的(de)(de)研究處于起步(bu)階段(duan)，盡管近年來取得了(le)快速發展，但仍存在大(da)量問題：機理方(fang)面，表面水分(fen)子的(de)(de)結構與(yu)傳統熱力學中使用(yong)的(de)(de)固-氣、固-液表面張力的(de)(de)聯系仍十分(fen)模糊；如何從動力學角度(du)理解納米結構對(dui)超(chao)鋪展閾(yu)值(zhi)的(de)(de)影響成為難題。應(ying)用(yong)方(fang)面，超(chao)鋪展表面的(de)(de)長期穩定性(xing)仍成為瓶頸，尤其對(dui)于暴(bao)露在空氣中的(de)(de)表面；大(da)面積超(chao)鋪展表面的(de)(de)制備(bei)成本較高，限制了(le)其大(da)規模應(ying)用(yong)。

圖1.超鋪(pu)展(zhan)概念總覽

圖2.自然(ran)界(jie)中的超鋪(pu)展表面

圖3.超鋪展體系

圖4.新的親(qin)疏水界線

圖5.納米結(jie)構在超鋪展中的作用

圖6.微米結(jie)構在超鋪展中的作用

圖7.超鋪(pu)展(zhan)表面用于薄(bo)膜制備