近年来液体操控在液体收集、微流控和图案化等领域展现出重要的研究价值。浸润性调控是实现液体操控的重要途径之一。1805年托马斯·杨（Thomas Young）提出杨氏方程，阐明液体在固体表面的浸润态取决于相界面张力的平衡关系。理想情况下，只需调控任一相界面张力，液体的浸润态就可以发生显著改变。已经发展的浸润性调控手段主要利用固体表面修饰，如分子层修饰和表面微结构，但面临处理流程复杂和成本高昂等问题。由于气液界面修饰手段有限且难以稳定，直接调控气液界面实现浸润性转变仍是一个挑战。

  宋延林研究员课题组多年来专注于液滴精确操控、气泡和流体的图案化研究。近期他们发现在小分子气氛诱导下，液体表现出了明显的响应性浸润态转变，可实现“覆水可收”。小分子气氛包括短链醇类、酮类和酸类等。响应性浸润态转变受液体内部马拉格尼效应（Marangoni effect）控制，具备实时气氛响应性。这一发现为液体行为操控提供了新的思路和手段。

图1. 气氛诱导液滴浸润性转变、滑移和感应性

  如图1所示，在空气中引入一定浓度乙醇气氛（> 0.5 kPa）时，超亲基底上的水滴将会出现显著的接触角增大现象。这一现象广泛存在于低表面张力小分子气体和高表面能液体之间。以乙醇气氛和水滴为例，受气液界面吸附和液体相分子扩散的影响，乙醇分子在液滴的表面浓度由三相线到中心递减，造成局部的张力降低并诱发向液滴中心的马拉格尼流。定向的马拉格尼流使液滴展现出收缩态。收缩态液滴的滚动角低至1°，展现出高滑移性。此外，气氛环境下液滴间具有远程吸引和自发聚并行为，这些特性为后期的液体操控奠定了基础。

  固体表面的薄液膜的回收一直是一个难题，即“覆水难收”，而气氛诱导浸润性转变可解决这一难题。如图2所示，他们通过自制的气氛诱导液体回收装置，可在数十秒内对4 cm²的水、DMF和乙二醇薄液膜实现高达95%的回收率。对于更加复杂的随机分散液膜，气氛诱导回收装置也可实现超过90%的回收率，同时起到固体表面清洁的作用。此外，液滴远程吸引和高滑移性为构建液滴微流体和液滴反应提供了可能。通过构建Y型通道，实现了气氛诱导下液滴间的混合反应。利用液滴间自发聚并和响应性收缩，构建了便捷的液滴反应，可极大降低微量反应的成本。

图2. 气氛诱导的液体回收、液滴微流控和液滴反应

  此项研究在液体回收、液滴操控及固体表面清洁等方面具有重要意义和价值。利用气氛诱导的浸润性转变，有望实现稀有液体资源再回收和特定基底表面清洁。气氛诱导的浸润性转变作为一种新的去浸润控制手段，有望用于功能材料的动态图案化和非接触印刷。

  此论文发表在ACS Applied Materials & Interface (ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, DOI: 10.1021/acsami.0c20546)上。论文的第一作者为中科院化学所宋延林课题组博士后李正博士，共同第一作者为西安大略大学杨军教授课题组博士后黄占东博士，通讯作者为中科院化学研究所宋延林研究员和乔雅丽研究员。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.0c20546