南开曹墨源Mater. Horiz.封面：仿生构筑长效水下气体开放输运通道及功能集成

经过亿万年的进化，动物和植物演化出了神奇的流体操控机制，用于优化进食、降温和攻击等行为。大自然的启示为我们设计具有发、连续、智能和可集成的流体传输界面提供了无穷无尽的灵感。自然界中的生物主要是利用不对称因素来控制表面流体的传输，如润湿性差异、定向微结构和几何梯度。例如，蝶类的探针具有疏水的外表面和亲水的内管，这样可以确保吸食液体时不会发生渗漏。德克萨斯角蜥利用亲水取向的鳞片，可以以相对静止的姿势自动吸水。通过棘轮结构和锥形通道的融合，滨鸟可以通过长喙的往复开闭运动轻松饮水。因此，生物启发的流体传输优于单纯的开放通道和非对称结构，这是提高流体传输效率和控制流体行为更好的方法。水下气体控制在曝气、气体催化、水分离、防伪等方面展现出了潜在的应用价值。受猪笼草启发的疏水超润滑表面由于表面润滑剂的流动性，不溶性以及亲气性等有趣的特性已被证明可以用于水下气体操控，这种表面在气体操纵能力方面表现出更高的稳定性和耐久性（Adv. Funct. Mater, 2017, 27, 1701605）。

正封面亮点报道

通过融合猪笼草和蜂鸟喙口器的灵感，南开大学材料科学与工程学院曹墨源课题组报道了一种用于水下气体操纵的新型通道，即超润滑/疏气（SLSO）多级开放通道。这种通道由亲气超润滑凹槽和超疏气边缘构成，用于气体的输运和截留。相比于传统的超润滑通道，SLSO通道具有更大的气体输运通量，最大通量可达3000 mL/h。此外，SLSO通道经过一年的水浸泡后仍能保持气体输运能力，耐久性得到了很大的提高（同状态下超疏水通道仅能稳定27天）。利用3D打印技术，研究者能够快速地设计出具有不同形状（如U型、Y型、波浪型、螺旋型和组合结构）的SLSO通道，以实现多功能的气体操纵。除此之外，作者还提出了一种气液交换微芯片的构想，其中包含连续SLSO折叠通道，用于二氧化碳物理吸收过程。这种持久的气体传输通道将为水下气体参与的物理化学过程提供助力，并提升我们关于气体操控界面的认识。本文第一作者为南开大学材料科学与工程学院博士生王新生，通讯作者为曹墨源研究员，本文同时入围Materials Horizons杂志10周年庆典专刊，并做正封面亮点报道。（Materials Horizons, 2023, 10, 3351 - 3359）

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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