1、表面织构化,2,主要内容：,表面织构 自然界特殊表面及仿生制备 电化学沉积 前景展望,3,1. 表面织构：,表面织构（Surface texture）是指在表面通过一定的加工技术加工出具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕、凸包或微小沟槽等图案的点阵。,表面织构化包括: 仿生特种功能表面 和 图案化微结构,4,2.自然界特殊表面及仿生制备,生物体中特殊的微米结构、纳米结构可赋予其特殊的表面性能。例如：荷叶、水黾、壁虎、鲨鱼,5,2.1 荷叶：出淤泥而不染,微米与纳米结构相复合的阶层结构,6,2.1 荷叶：出淤泥而不染,7,2.2 壁虎：壁虎漫步，又酷又浪漫,SEM图像,8,蜘蛛侠： a spider-
2、man toy clinging with one of its hands to a horizontal glass plate.its hand covered with the microfabricated gecko tape,Note that the toy was already re-attached several times,2.2 壁虎：how to walk on the wall?,Geim等报道制备了一种干燥的、非粘性的粘合剂“壁虎带”， 依靠的是两个物体接触时表面产生的分子引力范德华力。,9,2.3 水黾：池塘中的溜冰者,20um,200nm,10,2.3 水
3、黾：how to walk on the water？,清华大学张希： 利用LBL自组装技术制备超疏水性漂浮状金纳米线,Combining a layer-by-layer assembling technique with electrochemical deposition of gold aggregates to mimic the legs of water striders,11,制备过程：,LBL?,SAM,ECD,SAM,12,超疏水金纳米线,Shapes of the gold threads floating on the waters surface. The diame
4、ter is 0.5mm after superhydrophobic modification (a) and before superhydrophobic modification (b). The diameter is 0.8mm after superhydrophobic modification (c). The scale of these images is 1:28,13,2.4 鲨鱼：海洋中游泳的佼佼者,14,How to swim in the water?,“鲨鱼皮”泳衣 飞机涂层,15,3. 电化学沉积,通过以上几个例子我们可以看出，通过对生物表面的结构仿生,构建
5、规整的表面图案，可以实现结构与性能的完美统一。,其中的一种制备方法： 电化学法：（自下而上）,16,电沉积在复杂结构中的应用：,Fabrication of Complex Architectures Using Electrodeposition into Patterned Self-Assembled Monolayers,17,3.0,Schematic illustration of electrochemical deposition onto a SAM-modified surface,18,3.1 via-like structures,Figure 2. (a) Schem
6、atic illustration of the steps for fabrication of via-like structures: formation of vias on the lines.(b) Plan view SEM image of silver squares formed on silver lines. The inset shows an AFM image of the same structure.,19,3.2 Arrays of Single-Crystal Islands,Figure 3. (a) Plan view optical microsco
7、pe image of the PDMS stamp with a grid pattern of 200 nm wide lines.(b) Plan view SEM image of silver islands deposited on silver with 1um *1 um SAM- free squares separated by 200 nm SAM-modified lines.,20,电化学沉积：在水溶液中在非水溶液中离子液体、熔融盐、有机溶液,4. 前景展望,21,4. 前景展望,将认识自然、模仿自然、超越自然有机结合， 将结构及功能的协同互补有机结合， 为科学技术创
8、新提供了新思路、新理论和新方法，是知识创新的源泉。,仿生材料的重要科学意义在于：,22,二元协同纳米界面材料,（江雷）即具有互补性质的纳米结构。,在某些同等条件的作用下，这种特殊表面可能展现出意想不到的性质，这些性质往往具有很大的应用以及理论研究价值。,23,黑色的眼睛，寻找光明,24,以前，科学家们一直认为，水黾是依靠表面曲率所产生的波纹的表面张力来支撑身体，并利用身体中间那对疏水的腿，像桨一样来推进它们的运动。但是美国麻省理工学院的bush教授研究小组使用尖端跟踪装置和高速视频照相机，捕捉到不同昆虫在水面上行走的过程，揭示了昆虫在水面行走的原因，是利用其三对多毛的长足，在水中制造出螺旋状的
9、漩涡，借助漩涡的推动力快速向前行走。他们还指出，尽管的确产生了细微的波纹，但他们并不是最主要的推动力。2004年江雷研究小组的研究结果从根本上揭示了水黾在水上稳定站立并可以快速行走这一神奇的自然奥秘，他们认为，水黾的这种优异的水上特性，是利用其腿部特殊的微米与纳米相结合的结构效应来实现的。在高倍显微镜下观察发现，水黾腿部有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸的刚毛，人的头发的直径大约在80100um之间，而水黾的刚毛的直径不足3um。这些刚毛表面形成螺旋状的纳米沟槽结构，吸附在沟槽中的气泡形成气垫，从而让水黾能够在水面上自由地穿梭飞行，却不会将腿弄湿，宏观上表现出水黾腿的超疏水特性，水黾的多毛腿
10、一次能够在水面上划出4mm长的波纹，研究者还发现，水黾的腿能排开300倍于其身体体积的水量，这就是这种昆虫非凡浮力的原因，就是这种浮力让水黾的一条腿能在水面上支撑起15倍于身体的重量，正是这种超强的负载能力使得水黾在水面上行动自如，即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。研究者认为，这一发现可用于新兴防水纺织品的生产，但更重要的意义，也许在于这一发现有助于设计出新型水上交通工具。,25,水黾是一种常见的生活在池塘、河流和湿地的小型水生昆虫，伸长大约1cm，它有6条细长的腿，足上有纤毛，可在水黾滑行。水黾被誉为“池塘中的溜冰者”，因为它不仅能在水面上行走，而且还会像溜冰运动员一样在水面上优雅地滑行，却不会划破水面浸湿腿脚。水黾为何能够毫不费力地站在水面上，并能快速地移动和跳跃？,1.3 水黾：how to walk on the water？,26,首先，我们还是从荷叶谈起，看下面这幅图，当我们把它的表面破坏以后 它的疏水功能就不再存在了，是不是我们就可以用这种方式在上面写字，或者其它 但是，他的疏水表面又怎么用呢？,27,28,29,
