水生植物槐叶萍的水下空气层长期保持能力激发了研究人员开发人造微结构的兴趣。然而，槐叶萍微结构精巧地结合了复杂的毫米级中空结构和非均质的化学性质，使得人工复制这一结构成为挑战（图1）。此外，在极低的负压条件下，槐叶萍水下空气层的保持和恢复机制仍不清楚。在此，通过将形状记忆聚合物“顶部约束自分支（TCSB）”与亲水性SiO₂微球捕获相结合，制备了具有非均质化学性质的毫米级四分支中空微结构。通过施加负压，研究揭示了亲水顶点在空气层恢复中的关键作用。通过表面能的计算，很好地解释了这一关键作用背后机制。这项研究为制造仿槐叶萍结构提供了广阔的前景，并揭示了槐叶萍结构在极端环境中强大的空气保持和恢复能力的背后机制。

图1 槐叶萍独特的中空结构和非均质化学特性

图2 仿槐叶萍自生长非均质结构方法

  研究人员将该仿生结构置于水下，利用自主搭建的负压、正压测试系统研究了仿生结构在极端条件下的空气层保持和恢复性能。研究发现在负压-恢复测试条件下，仿槐叶萍结构（BMCSs）相比较单纯疏水分叉结构(SHBBs)和单纯疏水微柱结构（SHBPs）具有最强的空气层保持和恢复能力（图3D）。通过计算表面能，揭示了顶部亲水点在空气层恢复中的机制（图3E）。在正压-恢复测试条件下，仿槐叶萍结构（BMCSs）同样具有最强的空气层保持和恢复能力（图4），这是中空的分叉结构和非均质的化学性质协同作用结果。

图3 水下负压-恢复条件测试三种结构空气层保持和恢复性能。

图4 水下正压-恢复条件测试三种结构空气层保持和恢复性能。

  该工作以“Robust Underwater Air Layer Retention and Restoration on Salvinia-Inspired Self-Grown Heterogeneous Architectures”为题发表在《ACS Nano》上。文章第一作者是中国科学技术大学博士后张亚超博士，通讯作者是中国科大胡衍雷教授和吴东教授，合作者包括中国科大王奉超教授和中科院理化所江雷院士。该研究得到国家自然科学基金委、中国博士后基金的支持。

  该工作是团队近期关于飞秒激光与形状记忆聚合物相互作用相关研究的最新进展之一。在此之前，团队利用飞秒激光刻蚀热收缩形状记忆聚合物，发现了激光诱导聚合物自生长效应（Adv. Mater. 2018, 30, 1803072.），在此基础上利用不同材料的收缩特性，实现了凹角微柱结构的高效制备，并展示了在低表面能液体操控领域的应用（Nano Lett. 2021, 21, 9301-9309.）。