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  超疏高溫液體不僅與包括換熱器、油束碰撞、海水淡化和增材制造等許多工業過程相關，而且對我們的日常生活十分重要，如防燙衣物、防污廚具等。僅防燙傷言，我國每年有2600萬人被燒燙傷，每天平均7萬多人，其中嬰幼兒是燙傷高危群體。在無任何遮擋的情況下，60度的熱水接觸皮膚5秒即可造成燙傷，71度以上的熱水會在0.5秒內迅速造成燙傷。具備超疏熱水性能的衣物可阻止熱水透過織物和人體皮膚直接接觸，從而實現隔熱以阻止燙傷。然而，很多超疏水表面無法實現超疏熱水，其困難主要來自于三方面：1. 表面物理結構或化學組分被熱水破壞；2. 熱水的表面張力更低；3. 水蒸氣在表面上冷凝。

  為實現超疏熱水，王立秋教授團隊提出了蜂窩狀多孔表面結構設計（圖1），可同時克服上述三大難題。通過微流控液滴模板法，團隊制備了聚乙烯醇（PVA）多孔表面。交聯后的PVA表面可在熱水中保持結構的完整性，多孔表面的凹角結構可提供向上的毛細力以支撐低表面張力的液體從而阻止其潤濕，通過控制微孔的尺寸可防止冷凝導致的表面潤濕。

圖1. (a-b) 孔狀結構SEM圖, (c-d) 針狀結構SEM圖, (e) 表面納米涂層結構, (f) 表面納米結構AFM圖, (g) 孔狀表面超疏熱水示意圖, (h) 針狀表面被熱水潤濕示意圖.

  近年來，王立秋教授團隊在多孔疏液表面領域已取得一系列重要進展。通過研究蒸發過程的微液滴自組裝特性，提出了基于微流控液滴模板法進行大規模、尺寸均一、結構可控的多孔表面的制備 (Small Methods, 2018, 2, 1800017)；由于多孔表面的互連凹角特性，完美模仿了跳蟲的表皮結構，該多孔表面解決了疏液性和機械強度之間魚和熊掌的矛盾 (Nat. Commun., 2017, 8, 15823)；通過控制多孔表面上各向異性的結構特征，單一表面可實現在任意液體中超疏任意一種與其不相溶的液體 (Mater. Horiz., 2018, 5, 1156-1165)。研究團隊在本工作中進一步證明多孔表面具備超疏熱水的優異性能。

  自然界中常見的超疏水表面多由離散的微納米結構（顆粒狀、針狀、柱狀等）組成，如著名的荷葉表面。這類表面的優點是具有很小的固液接觸面積，從而具備優異的超疏水性能（接觸角大、滾動角小），但是其機械性能和疏液穩定性較差，超疏熱水性能不理想。研究團隊提出的多孔表面與此類表面相反，其連續的孔狀結構具備更高的機械性能和疏液穩定性，從而具備更好的超疏熱水能力。團隊通過對比靜態和動態熱水液滴在孔狀和針狀表面上的潤濕特性，證明了連續孔狀表面具有更加優異的超疏熱水性能（圖2）。

圖2. (a) 針狀表面靜態熱水液滴接觸角, (b) 孔狀表面靜態熱水液滴接觸角, (c) 針狀表面動態熱水液滴連續碰撞, (d) 孔狀表面動態熱水液滴連續碰撞

  熱水超疏的能力與三個時間尺度相關：熱水液滴的蒸發時間te、熱水液滴與固體表面的接觸時間td和水蒸氣的冷凝時間tc。對于靜態和動態熱水液滴，只有分別當te

  實驗發現，相較于針狀表面，孔狀表面由于具備超疏熱水特性，從而具有更好的隔熱效果，有望用作保護層實現防燙衣物的設計和制造。同時，該表面還可用于數字微流控技術，作為液滴微反應器的襯底表面進行放熱化學反應（圖3）。

圖3. (a) HCl 和NaOH在針狀表面進行中和反應, (b) HCl 和NaOH在孔狀表面進行中和反應, (c) 中和反應時針狀表面出現大量氣泡, (d) 中和反應時孔狀表面氣泡幾乎不可見, (e) 中和反應時的溫度分布(上：針狀表面；下：孔狀表面)

  相關工作以“Topography-Directed Hot-Water Super-Repellent Surfaces”為題，近期發表于《Advanced Science》(DOI: 10.1002/advs.201900798)上。博士后朱平安是該論文的第一作者，王立秋教授是該論文的通訊作者。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201900798