在国家863计划新材料领域课题、国家自然科学基金委材料学部基金课题、科学院和化学所创新项目的支持下，化学研究所徐坚研究员课题组通过与江雷研究员在扫描电子显微镜表征上的合作，在高分子仿生表面研究上取得了创新性的进展，有关研究成果发表在最近一期国际著名学术期刊Advance Materials(2004, Vol.16, No.4, p302-305)上，论文评阅人认为：“这是一篇非常有趣的论文，描述了利用自聚集和纳米微相分离一步法制备具有类荷叶表面结构的聚合物膜，论文非常适合发表在<<先进材料>>上(This is a very interesting paper, which describes a one-step preparation procedure to form a polymer film with a lotus-like surface structure. The procedure utilizes both self-aggregation and nano-scaled phase separation. The paper is well suited to Advanced Materials.)”。本项研究成果同时已申请了2项中国发明专利。

本项研究成果是依据具有自清洁特性的天然荷叶表面微结构－每个微米级乳突同时又是由许多纳米级小乳突构成, 通过分子设计制备出聚合物的微米－纳米双重结构（Micro-nano-binary structure, NMBs），利用聚合物在溶剂蒸发过程中自聚集、曲面张力和相分离的原理，在室温和大气条件下一步法直接成膜构筑类似荷叶微纳米双重结构的聚合物表面(图1)，得到了超疏水和疏油性质的仿生涂层，水和油的接触角可高达166^o和140^o(图2)，而通常荷叶表面的水接触角为160^o（并不具有疏油的性质）；所制备的高分子仿生表面的滚动角仅仅为3.4±2.0 ^o，水珠在表面上可以自由滚动，具有与荷叶表面相似的自清洁效应，同时该仿生表面还具有类似荷叶的“自修复”功能，仿生表面最外层在被破坏的状况下仍然保持了超疏水和自清洁的功能。这是首次提出了一种简便易行的直接成膜法，制备具有与荷叶表面微结构相似的聚合物仿生表面，对于开发新一代的仿生表面和涂料具有重要的指导意义。

众所周知，生物体在漫长的进化过程中，不断地进化以适应环境，已经达到了近乎完美的程度，产生了目前还无法依靠人工合成能得到的高性能、高智能的材料，如骨胳、皮肤等等。人类在科学实践当中通过仿生学研究，不断加深对自然界的认识，飞机和雷达的发明都是人类向自然界学习的产物。仿生科学的研究主要包括了结构仿生和功能仿生及其理论计算与模拟：前者主要是通过制备与生物相似结构或者形态，得到人造材料新的性能和与自然界不同的特异性能,如人工类珐琅质高强韧陶瓷、仿生人工骨材料、仿蜘蛛人造纤维；后者是以仿造自然界动物和植物的特异功能和智能响应，发展具有与生物相似或者超越生物现有功能的人工材料,如仿荷叶自清洁材料、仿鲨鱼的自润滑材料、在基因改造的细胞中高效合成手性分子和大分子等。随着科学手段的进步，现代仿生学已经进入了分子水平，从更微观的层次师法自然，通过对原先“熟悉”的天然材料进行再认识，从“仿生学”中汲取自身再发展的营养，将发现和找到材料新的性质和新的应用，具有重要的理论意义和潜在的应用价值，正在成为21世纪材料科学领域发展的热点和前沿。

图1  天然荷叶表面微结构(A和B)和一步法制备的高分子仿生表面MNBs形态(C和D)

图2  在天然荷叶表面水珠(A)和高分子仿生表面水珠(B)及其油珠(C)的接触角

                                               高分子物理与化学国家重点实验室供稿