城大朱平安/港大王立秋《Chem. Rev.》综述：微流控软制造技术调控材料润湿性

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自上世纪90年代微流控技术诞生起，表面浸润性便一直扮演着关键作用。例如，微通道的浸润性决定了微液滴能否稳定生成，数字微流控技术利用电润湿原理进行灵活的液滴操控，纸基微流控通过图案化亲疏水通道实现快速廉价的分析检测，工程化表面浸润性可在开放空间中实现各种定向液体输运和液滴传输等。然而，作为硬币的另一面，微流控技术能否以及如何助力材料浸润性研究仍然是个悬而未答的问题。回答这一问题对微流控和浸润性领域的共同发展和交叉融合有深远意义（图1）。

图1. 微流控和浸润性相互促进

近日，香港城市大学朱平安助理教授和香港大学王立秋教授在Chemical Reviews 发表题为“Microfluidics-Enabled Soft Manufacture of Materials with Tailorable Wettability” 的长篇综述，系统回顾了利用微流控软制造技术制备具有可控浸润性材料的发展历程。论文首先介绍了常见的浸润现象和机理，继而介绍了微流控法工程化功能材料的一般过程，在此基础上详细阐述了具有可控浸润性的微颗粒、微纤维、多孔表面的微流控制备与应用，最后提出了总结和展望。

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微流控软制造

微流控软制造指以微流控技术产生的流体系统为模板进行材料的精确制备和性能调控，常见的流体模板包括液滴、气泡、射流、乳液、液体泡沫等（图2）。由于这些流体系统均是可变形的软物质，作者将这一技术命名为“微流控软制造”。根据自组装的次序不同，流体模板可归类为单个液滴和气泡、1维阵列、2维和3维组装体。

图2. 微流控软制造基本流程

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浸润现象

作者详细介绍了液体在二维表面、纤维表面和微纳颗粒表面的基本润湿现象和规律，如二维表面润湿包括杨式方程、Cassie态、Wenzel态、亚稳Cassie态、Cassie-Wenzel润湿转变的突破压力等概念；纤维表面润湿包括纤维表面液膜涂覆、静态液滴的形状、动态液滴的定向运动、多根纤维的润湿等；微纳颗粒润湿包括界面吸附能、Pickering乳液、界面堵塞的双连续乳化凝胶（Bijel）、液体弹珠、装甲气泡等概念和系统。

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调控材料浸润性

以微流控液滴为模板制备的微颗粒具有单一浸润性（亲水或疏水）、两亲性（一面亲水一面亲油）、核-壳非均质浸润性；以微流控射流为模板制备的微纤维具有蛛丝状、念珠状、多孔状等形貌特征，因此具备可调的拉普拉斯压力梯度和表面能梯度，适用于液体操纵；以乳液和液体泡沫为模板制备的多孔表面由于具备独特的互连结构，呈现出多种优异的浸润性，如超疏水、全疏液、超疏热水、液下超疏液、液体灌注的超滑态（SLIPS）、双面非均质浸润性等。微流控工程化的浸润性材料具有广阔的应用前景，如颗粒表面活性剂、微型马达、药物递送、水处理、水收集、液体输运、液滴操纵、传热调节和组织工程等。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.1c00530

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