题目：仿生复合结构表面的低温动态浸润性调控研究

低温、高湿度环境中，冰或雾的成核和积累给我们工业和生活中暴露在外界的表面带来了很多困扰。冰或者是雾在表面的积累降低了工作效率，同时还破坏了表面结构，这已经成为了一个急需解决的问题。根据自然界的多级结构表面性质，仿生表面的防雾、防冰性质的研究已经引起了相关研究者的兴趣，尤其是防冰和自除冰性质在一些实际应用方面已经成为了一个热点话题。尽管如此，当前的一些制备方法很少讨论不通过外力或者是外界能量来实现防雾、防覆冰的性能。并且也没有能力实现柔性、防冰、自除冰、使用稳定性等特征。材料导致防冰或者是疏冰失败的关键因素是由于在低温条件下，结冰/融化循环过程中冰积累对纳米结构的破坏。过去的防覆冰表面大都是通过在粗糙的固体表面修饰低表面能的材料，从而实现其功能。然而，在我们的研究中，我们在柔性材料表面制备了防冰表面，例如，胶带、PVDF（聚偏氟乙烯）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）以及PDMS（聚二甲基硅氧烷）。还有，受到柔性材料的启发，例如PDMS，我们通过微纳米技术和磁性驱动功能相结合，成功制备了具有液滴驱动功能的表面，液滴在其表面可以定向驱动。
一种防覆冰胶带材料通过设计在胶带表面粘结的聚偏氟乙烯微米球表面修饰纳米锥，进而实现了防覆冰的效果。相对比其它的材料而言，这种具有纳米锥的防冰胶带在防冰和除冰性能方面表现的很好，这主要是因为其表面的微纳米复合作用引起的。这种材料更容易实现在实际应用中的作用。这里，我们还介绍了一种其它的防覆冰材料。我们制备了具有梯度结构的仿生荷叶，它是由复合材料组成的，例如，PDMS和ZnO。这种表面即便是在-15℃、湿度为90%的冰箱里放置三个月，仍然具有不结冰、超疏水、低粘附和抗冲击等特征。通过研究，我们发现强大的防冻性质的关键因素是因为仿生荷叶不仅仅依赖于梯度的结构，还依赖于它的可变形的微米乳突结构，这种柔性的结构可以和ZnO纳米结构很好的匹配。尤其是在低温环境下，仿生荷叶的柔性复合结构可以发生形变和恢复原来的形状，这样可以匹配微纳米结构在结冰过程造成的弯曲变形，这样就有效的保护了纳米结构在结冰和形变过程中不被破坏。超防冰和自除冰性能在仿生荷叶表面的表现比自然界的荷叶或者是其它具有单独的微米结构或者是纳米结构的表面都要强。这一发现给我们提供了一种对微纳米表面的新认识，它有助于帮助我们设计精巧的浸润性材料，从而实现防覆冰工程系统在适应低温环境方面的进展。
在具有结构的表面实现流体的定向传输，这个性能在液体长程传输、自清洁和防雾以及防冰方面有重要意义。在仿生制备的表面，液滴被定向控制运动一般是通过响应材料，例如，光响应、磁响应、电化学响应、热响应、光驱动和电响应等，这些都已经在仿生领域和应用研究方面引起了注意。受到柔性材料在仿生研究和微纳米领域的应用特性的影响，我们介绍了一种经典的超疏水、磁控制的柔性墙体结构，这种结构是建立在PDMS基底上的。磁性材料在这种墙体里，ZnO纳米棒在它的表面，墙体在受到外界逐渐变强的磁场强度实现弯曲，液滴实现了定向运动。特别是通过形状记忆和柔性特征，它通过弯曲不同的角度实现了驱动不同大小的液滴。这种战略实现了制备多功能、可调控和定向驱动的功能。我们还制备了具有微米结构和纳米梯度结构的碳纤维板，在它的表面实现了低温驱动液滴的功能。超疏水微纳米针结构的制备，成功实现了流体从底部向顶部的定向传输。