独特的生物功能为研究人员开发先进材料和功能系统提供了灵感。例如,受荷叶自清洁特性启发,仿生超疏水功能表面在防污染、抗腐蚀、防结冰、油水分离等诸多领域表现出巨大应用价值。这种特异性界面性能由表面微纳结构和材料表面能两方面决定。近年来,响应性材料的迅速发展使得功能表面能够通过外界刺激来调控表面性质。由于具备可逆的动态调控能力,响应性仿生功能表面在智能应用上具有重大前景,因而成为一个活跃的前沿领域。但是,目前响应性功能表面的调控方式还存在一些问题,例如,对表面微纳结构的控制性、响应恢复时间、浸润态调控种类、生物相容性等问题,这限制了智能表面的实际应用。本论文针对上述难题展开研究,实现了对仿生超疏水表面浸润态的有效调控。制备气动响应性超疏水表面,实现了对表面结构和疏水性的调控,研究浸润态转换机理,以探索智能表面的新型调控方式。制备可穿戴在皮肤表面、可依靠人体动作调控表面浸润性能的智能超疏水功能表面,以拓展智能表面的应用范围。主要研究内容归纳如下:1.制备气动响应性超疏水功能表面。现有的浸润性调控方式主要基于对材料表面化学性质和表面能的调控,响应时间长,对材料要求有限制。调控过程中,表面结构通常是静态的或变化幅度较小。事实上,结构调控方式对表面浸润特性的可控调谐更加直接,可实现动态、快速调控。但是,实现对微纳尺度结构的大面积动态调控并非易事,仍面临严峻的技术挑战。本论文设计制备气动响应性功能表面以实现上述目标。(1)采用拉伸辅助键合工艺,利用柔性材料制备拱形微气腔网络。各气腔表面形貌均一,气腔内部通畅,气密性良好;(2)样品表面可以在气动操作下实现快速、可逆、大幅度形变,具有良好的气动稳定性。通过对气动表面进行选择性修饰,实现了对样品表面结构和浸润态的动态调控,使得类似荷叶和玫瑰花瓣表面的疏水态可以在同一表面上进行快速切换;(3)通过观察和分析固体-液体界面,提出充气和放气状态下的表面浸润模型。根据经典浸润性理论和实验参数,计算得出两种状态下表面接触角的理论值,与实验测量结果相符;(4)利用气动表面对浸润态的动态调谐能力,实现了对水滴的抓捕和释放操作。2.制备智能超疏水硅胶皮肤。研究人员一直不断致力于拓展功能表面的应用范围。最近,超疏水功能表面在可穿戴领域表现出潜在应用价值。但是,表面浸润性调控方式对人身安全具有潜在威胁,并不适用于可穿戴表面,例如,需要紫外光照射、有毒化学物质、高温等,这限制了响应性功能表面在可穿戴器件中的应用。本论文探索制备柔性可拉伸硅胶皮肤,实现了通过人体动作调控表面浸润性。(1)以皮肤纹理为模型,利用激光加工技术在硅胶表面制备类似皮肤的表面微结构,样品可以贴附在皮肤表面。通过调控激光功率,调控表面二级微纳结构形貌,使加工后的表面具有超疏水性能;(2)通过应力调控,实现了对表面结构和浸润性的快速、可逆、连续性调控。调节方式温和、对人体安全。通过切换浸润态,功能表面可以同时操控多个水滴;(3)进一步,功能表面可以应用于指关节,在无需外界能源和设施的情况下,利用手指动作完成对水滴的智能操控。将对表面性能的动态调控与可穿戴表面结合,展示了响应性仿生功能表面在智能皮肤领域的应用前景。综上所述,本论文制备了一种气动响应性超疏水表面,实现了对表面微纳结构和浸润性的快速、可逆调控,提出了一种智能表面的新型气动调控方式。另外,这种功能表面可以模拟“荷叶效应”和“花瓣效应”,并在气动操作下完成动态转换,实现对水滴的捕捉操作。我们以一步激光加工法制备智能硅胶皮肤,它可以穿戴在人体表面,具有超疏水功能,并能够在人体动作的操控下实现表面浸润态的自由切换,将响应性功能表面的应用范围拓展到可穿戴应用领域。