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  2019年7月3日，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)宋美榮教授、中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所董智超博士、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所王毅琳研究員等作為共同通訊在ACS nano上發(fā)表增強(qiáng)液滴在線條和彎曲超疏水植物葉片上的沉積（Enhancing Droplet Deposition on Wired and Curved Superhydrophobic Leaves）一文，該工作得到了江雷院士的指導(dǎo)。

  水滴在超疏水葉片上極易反彈和濺射，接觸時(shí)間極短（毫米級(jí)別水滴為10毫秒），因此增強(qiáng)水滴在超疏水葉片上的沉積問(wèn)題對(duì)提高農(nóng)用化學(xué)品的利用率、減少浪費(fèi)和環(huán)境污染等有非常重要的意義。該研究團(tuán)隊(duì)曾于2017年在Science Advances上發(fā)表囊泡性表面活性劑AOT有效抑制超疏水平面上彈射和濺射問(wèn)題（Sci. Adv., 2017, 3, e1602188）。但是農(nóng)民面臨的情況可能更加嚴(yán)重，因?yàn)槌杷~片如水稻、小麥、花菜、甘藍(lán)上面有很多單條紋、交叉條紋、平行條紋或者彎曲結(jié)構(gòu)，可以誘發(fā)各向異性鋪展和回撤，水滴的接觸時(shí)間將繼續(xù)降低50%左右，變得更容易反彈和濺射，這將極大增加水滴沉積的難度。該研究團(tuán)隊(duì)仔細(xì)總結(jié)了水滴撞擊在條紋和彎曲結(jié)構(gòu)超疏水表面的共同特點(diǎn)（水滴撞擊時(shí)在某個(gè)方向上動(dòng)量集中，伸長(zhǎng)率增大且容易分裂，導(dǎo)致接觸時(shí)間降低），制定了解決問(wèn)題的順序是“分裂——持留——鋪展”：首先采用極少量（<0.01%）具有顯著拉伸粘度的高分子量的聚合物稀溶液（如PEO）來(lái)抑制伸長(zhǎng)，從而控制水滴分裂；同時(shí)添加少量表面活性劑如AOT，來(lái)增強(qiáng)釘扎效應(yīng)（Pinning）, 留住水滴（<0.1%）；最后，當(dāng)水滴留在基底上，那些在水滴內(nèi)部的表面活性劑分子就可以有充足的時(shí)間遷移到水滴表面來(lái)降低平衡表面張力，從而慢慢浸潤(rùn)葉片，獲得較大的潤(rùn)濕鋪展面積。

圖1 水滴在單條紋超疏水表面的沉積策略（左圖）以及在水稻背面的證實(shí)（右圖）

  實(shí)驗(yàn)完全證實(shí)了該團(tuán)隊(duì)的研究思想和策略，聚合物PEO和表面活性劑AOT成功解決了水滴在條紋和彎曲超疏水葉片上的各向異性沉積問(wèn)題。該論文提出的通過(guò)分析撞擊動(dòng)力學(xué)特征合理制定沉積策略的思想，不僅可以快速選擇現(xiàn)有助劑解決沉積問(wèn)題，而且降低了沉積對(duì)動(dòng)態(tài)表面張力的要求，不用那么低就可以沉積，極大降低了表面活性劑的用量，和擴(kuò)展了表面活性劑可選的種類，使沉積變得更容易。

圖2 組合助劑增強(qiáng)水滴在條紋（水稻、花菜）和彎曲（蔥）以及平面對(duì)照（甘藍(lán)）超疏水植物葉片上的沉積

  此外，作者也證實(shí)了該組合助劑在狗尾巴草、仿生超疏水條紋和彎曲表面以及各種仿生超疏水表面上，甚至在解決彈性超疏水表面的沉積問(wèn)題上也是有效的。

  本工作受到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21703058, 21703270 and 21805072）、河南省重點(diǎn)研發(fā)（192102110053）、河南省青年骨干教師（2017GGJS03）、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)體系（(CARS-04-PS23)）河南農(nóng)業(yè)大學(xué)特殊創(chuàng)新基金(KJCX2019C05)、國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn) (20171046636)等聯(lián)合資助，在此一并致謝。

  參與本論文工作的所有作者如下：

  宋美榮（通訊作者），段虎(研究生)，鄭先福，王麗霞，于智倫（本科生），安萬(wàn)凱，那日松，李儲(chǔ)鑫，李寧，盧周卉，董智超（通訊作者），王毅琳（通訊作者），江雷

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.9b02457