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研究人员已经证明，工程表面可以亲水性——这意味着它们对水有很强的亲和力——但非常光滑。这项工作与关于滑溜溜材料发展的传统智慧背道而驰，并为该领域提出了一个新的研究领域。
“这一发现是违反直觉的，因为长期以来的观点是，光滑的表面往往是疏水的——它们排斥水，”该研究论文的通讯作者、北卡罗莱纳州立大学机械和航空航天工程副教授阿伦库马尔科塔说。
“但我们现在展示了一种方法，可以设计材料的表面，使它们既光滑又亲水，或SLIC，表面。我们有一些特定的应用我们认为这可能有用，但这本质上是一类未被探索的曲面。要充分了解潜在应用的范围，还需要做大量的工作。
“我们也明确表达过如何这些SLIC表面可以被设计，这样其他研究人员就可以扩展这个看起来非常有前途的领域，”Kota说。
以前设计固体表面使其光滑的方法往往采用以下三种方法之一。一种方法是在材料上添加纹理，使其在表面滞留一层空气，使空气袋充当润滑剂。第二种方法是使表面形成纹理，并在材料上夹一层液体润滑剂，使其能够滑过其他液体或固体。在这两种情况下，由于反复使用对表面纹理的破坏使它们不那么滑。同样，随着时间的推移，气体或液体润滑剂的损失也会使它们不那么滑。
第三种方法是将分子均匀地附着在光滑的固体表面上。这种均匀性和光滑性的结合使得液体可以很容易地在表面滑动。“然而，绝大多数用来制造这些光滑表面的分子都是疏水的，因为长期以来的观点是，光滑的表面往往是疏水的——所以这是研究人员关注的，”科塔说。
例如，想想不粘锅。表面是疏水的，所以如果你倒少量的水在锅上，水被表面排斥，形成一个比较圆的珠子。表面也很滑，所以水珠滑了下来。
但光滑和疏水不是一回事。SLIC表面表明某些物质是亲水的而且滑。如果你把水倒在光滑的亲水表面，会发生两件事。第一，水会对表面有很强的亲和力，所以它会扩散成一个扁平的珠子。第二，因为表面也很滑，平坦的水珠会滑得无影无踪。
Kota说:“这些年来，很少有论文涉及亲水、光滑的表面，这一领域真的被忽视了。”“这项新工作证明了亲水、光滑物质的工作原理，并阐明了其工作原理背后的物理原理。”
有两种应用尤其令研究人员兴奋:生物医学技术和冷凝器。
对于生物医学应用，研究人员希望利用SLIC表面的防污性能。简而言之，蛋白质很难粘附在SLIC表面。
Kota说:“在大约一分钟内，蛋白质几乎覆盖了传统亲水性材料和光滑疏水性材料的整个表面。”“我们已经证明了这一点，即使在30岁以后小时，几乎没有蛋白质能够吸附在SLIC表面。
“这在很多方面都很有用，”Kota说。“例如，这种对蛋白质吸附的抵抗会使有害细菌更难在表面生长，可以显著减少生物医学植入物上的血液凝结，等等。”
至于冷凝器，许多技术——如空调和发电厂——都有冷凝器组件。这些部件有一个凉爽的表面，水蒸气在上面凝结。在传统的亲水表面上，凝结水形成一层薄膜，有效地充当冷凝器表面的绝缘体，降低了其效率。在光滑、疏水的表面上，水蒸气会慢慢地在表面形成珠状，然后滑落。
Kota说:“但是在SLIC的表面上，表面的亲水性质允许水蒸气凝结得更快，而表面光滑的性质意味着水仍然很容易滑落——这使得冷凝器更加高效。”
“没有双关语的意思，但我们真的只是触及了SLIC表面可能存在的东西的表面。”
纸”,设计无纹理，全固体，光滑亲水性表面的文章发表在该杂志上事．这篇论文的共同第一作者是Kota的学生Sravanthi Vallabhuneni(北卡罗来纳州立大学的博士生)和Hamed Vahabi(科罗拉多州立大学最近的博士研究生)。这篇论文的共同作者是王伟，他曾是北卡罗来纳州立大学的博士后研究员，现在田纳西大学任教;科罗拉多州立大学的Mohammadhasan Hedayati, Matt Kipper和Diego Krapf;以及伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和九州大学的Nenad Miljkovic。
这项工作得到了美国国家科学基金会和美国国立卫生研究院的支持，资助号分别为1751628和R01HL135505。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
设计无纹理、全固体、光滑亲水性表面
作者:科罗拉多州立大学Hamed Vahabi, Mohammadhasan Hedayati, Matt J. Kipper和Diego Krapf;科罗拉多州立大学和北卡罗来纳州立大学的Sravanthi Vallabhuneni和Arun K. Kota;科罗拉多州立大学、北卡罗莱纳州立大学和田纳西大学王伟;Nenad Miljkovic，伊利诺伊大学香槟分校和九州大学
发表: 10月7日,事
DOI: 10.1016 / j.matt.2022.09.024
文摘:光滑表面由于其广泛的应用范围，在自清洁，减少阻力，抗污染，增强冷凝，生物医学植入等。最近，无纹理的，全固体的，光滑的表面由于其优于超级驱避表面和润滑油注入表面的优点而获得了显著的关注。目前，几乎所有无纹理，所有固体，光滑的表面都是疏水的。在这项工作中，我们阐明了通过共价嫁接聚乙二醇(PEG)刷到光滑基板的无纹理、全固体、光滑亲水性(SLIC)表面的系统设计。此外，我们假设滑度在一个临界接枝密度以上出现平台，当栓接刷尺寸等于栓接间距离时发生。与非光滑亲水性表面和光滑疏水性表面相比，我们的SLIC表面在抗凝结和抗污垢方面表现出了卓越的性能。基于这些结果，SLIC表面构成了一类新兴的表面，具有从热流体到生物流体等多种技术领域的潜力。
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