会“流汗”的光敏仿生涂层
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
提到涂层，大家往往会想起家庭装修时用到的墙漆或者舰船的防锈漆。的确，涂层*初的作用大多是在物体表面形成稳定、连续、致密的膜层，从而实现保护功能。随着人类社会的快速发展，对于涂层的功能也提出了更多、更高的要求。自然界中，人类的皮肤能够排放汗液调节体温，诸多两栖动物的皮肤表面还能够分泌不同的粘液以自我保护，有些植物的外皮在划伤后也能分泌液体促进组织修复。道法自然，模拟这些自然界的“老师”构筑各种仿生功能性涂层或是刺激响应性涂层，已成为当前涂层领域的研究前沿问题。目前，海洋防污涂层、防冰涂层等领域基于小分子有机润滑剂（牺牲剂）的缓慢释放，能够有效实现低黏附表面的构筑。但是，如何实现涂层表面液体的可逆释放/吸收以及**局部表面性质调控，仍然是一项挑战性工作。
近日，荷兰埃因霍芬理工大学的Dirk J. Broer教授研究团队通过含偶氮聚合物液晶体系掺杂小分子化合物（8CB）构筑了具有垂直有序近晶相序列结构的海绵状液晶网络（liquid crystal network，LCN）光响应性涂层。基于体系中偶氮苯基团光诱导可逆快速顺反异构调控体系有序参数，从而实现LCN体系体积的大幅度收缩/恢复，进而实现体系内液体（8CB）的控制释放/吸收。同时，涂层表面基于液体可控释放能够赋予涂层表面粘附性的可逆调控性以及借助选区曝光能够实现涂层表面局部性能调控。
海绵状LCN涂层光调控工作原理示意图。图片来源：Adv. Funct. Mater.
8CB是惰性的两亲性液晶分子（下图a），具有适中的粘度。在聚合体系存在小分子8CB的情况下，含偶氮丙烯酸酯类单体仍能够实现完整交联体系的构筑，同时8CB分子的存在利于液晶聚合物体系近晶相垂直方向的有序排列。在*终形成的LCN体系中，含偶氮液晶聚合物体系与8CB掺杂剂为不完全的相分离状态。当采用己烷将体系中的8CB组分提取分离后，在LCN体系膜表面和底部会生产微米级孔，证明其存在相分离膜结构。
海绵状LCN涂层其体系组成。图片来源：Adv. Funct. Mater.
当对体系进行紫外光（365 nm）辐照时，体系中偶氮苯基团发生从反式到顺式的异构化转变，进而引起液晶基元有序参数的降低，从而导致LCN膜垂直方向的收缩。液晶体系膜收缩使得内部存储的8CB液体被“挤”到涂层表面，进一步延长紫外光照时间液滴能够融合形成连续的润湿膜层。紫外光照前后膜横截面SEM测试表明其光照过程中在纵向产生了明显的收缩（膜变薄了）。当暴露于455 nm光下时，偶氮苯基团再异构化恢复到其初始反式异构体，并且液体层被海绵状涂层完全重新吸收。
光调控LCN体系中8CB液体的释放。图片来源：Adv. Funct. Mater.
同时，研究人员发现在膜的表面和侧面都存在8CB液体的释放，因此研究团队通过构筑图案化膜表面观察其液体的释放情况。当微图案结构间距p＞100 μm时，体系以表面液滴释放优先，而当p＜15 μm时，体系以膜侧面优先释放液体为主。
图案化膜表面液滴释放情况考察。图片来源：Adv. Funct. Mater.
该海绵状LCN具有较快的液体释放速率（＜10 s），这与体系中偶氮苯基团的顺反异构速率相对应。同时，基于调节体系内8CB分子的掺杂量能够实现体系垂直方向不同收缩度的调控。
体系中偶氮苯顺反异构化测试及体系宏观收缩率调控。图片来源：Adv. Funct. Mater.
此外，实际应用测试表明，通过海绵状光响应性体系中储存液体的控制释放和可逆吸收产生的毛细作用力和润滑层，能够实现其体系表面摩擦力和粘附力的**调控。同时，基于外界刺激-光的远程、实时等独有特性，该体系表面粘附力等表面性能能够实现局部、**实时调控，具有广阔的应用前景。
基于光诱导调控涂层表面摩擦/黏附性。图片来源：Adv. Funct. Mater.
总结
Dirk Broer教授团队基于含偶氮液晶交联海绵状网络结构的巧妙设计，通过偶氮苯基元的顺反异构化触发体系垂直方向的收缩/恢复，实现了体系内储存液体的可控释放和可逆吸收，进而实现体系涂层表面摩擦力和粘附性的**调控。通过改变体系内预储存液体种类，该研究成果能够进一步拓展其涂层表面性质的调控范围和应用范围。该论文其研究方法和思路在**可控释放、微流体反应器和自清洁涂层等应用领域具有极大的开发潜力。
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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。
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