中科院理化所王树涛研究员团队《Adv. Mater.》：“画”在凝胶表面的中国印记

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来源：X-MOL资讯

油画和水彩画作为人类文明的重要载体，给世人留下了许多印象深刻的作品，比如著名的《蒙娜丽莎》、《向日葵》、《野兔》等。然而，由于油和水的不互溶性，人们很难用它们的两相混合物画出优秀的艺术作品。事实上，对油、水及其混合相的精确操控不仅对艺术领域具有十分重要的意义，也引起了材料学家的广泛关注。近日，中国科学院理化技术研究所的王树涛研究员团队提出了一种浸润诱导转移（Wetting-enabled-transfer, WET）的策略，成功在油水凝胶的表面构筑了“中国结”、“熊猫”、“脸谱”等复杂且精细的图案。

近年来，材料的精准图案化已经成为电子科技、医疗检测、分子筛选等领域的研究热点。与对金属、半导体、无机/有机等固体材料的表面图案化相比，对高流动性的液体和高含水量的凝胶材料的表面图案化显得尤为困难。光刻技术对单体的种类有很大的局限性，3D/4D打印难以实现对凝胶的表面图案化，离子喷墨打印的精度有限，这些都限制了表面图案化凝胶在检测、驱动等领域的应用。

中科院理化所团队提出的“WET”策略很好地解决了上述问题。他们首先制备具有图案化浸润性的基底和稳定的油水乳液，利用固/液界面的亲/疏水相互作用分别锚定水相中的水凝胶单体和油相中的油凝胶单体，接着利用紫外光聚合固定这一临时形成的液体图案。该方法成功地将基底表面的浸润性图案等比例地转移到油水凝胶表面，形成对应的水凝胶和油凝胶图案。

图1. 通过“WET”策略实现油水凝胶的表面图案化。图片来源：Adv. Mater.

这种“WET”策略适用于不同种类的水凝胶和油凝胶单体，包括电正性的丙烯酰胺、电中性的丙烯酸羟乙酯、电负性的丙烯酸以及不同链长的甲基丙烯酸酯。另外，图案可被制备到2D和3D油水凝胶的表面，图案的尺寸从宏观到微观尺度可调。通过调控基底浸润性，油/水凝胶单体的种类以及乳液液滴的大小，可以将表面凝胶图案的精度提高到几个微米，达到与光刻技术相媲美的精度。

图2. 通过“WET”策略构筑的宏观/微观，2D/3D的表面图案。图片来源：Adv. Mater.

值得注意的是，这种浸润转移只发生在油水凝胶的表面，而对其体相结构没有明显影响，这种独特的结构赋予了凝胶优异的耐溶剂性和可拉伸性。最后，该团队展示了该图案化油水凝胶的应用之一，即作为转印印章向水凝胶的表面转印图案。利用进一步的“WET”策略，成功地将墨水分子从油水凝胶的表面转移到水凝胶的内表面，通过这种方法得到的图案完整且牢固，可以耐受60 s的水流冲击而没有任何损坏。这种“WET”策略为构筑新一代的表面图案化软材料提供了新的思路，在柔性器件、防伪、检测及神经网络构筑等领域展现出很大的应用潜力。

这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是中国科学院理化技术研究所博士研究生万茜子。

原文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202008557

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