| 定 位：兼顾市场需求和学科前沿，研究材料表面与界面的润湿、黏附和摩擦等共性科学问题，指导表界面材料的设计与制备。以仿生思想为设计理念，在认识自然和材料/机械表面仿生制备与机理研究过程中揭示湿黏滑的基本科学问题及其相互关系，突破表界面材料设计制备的技术瓶颈，发展工程化的产品技术（右图）。 研究思路：“自然规律—学习自然：仿生结构和表面组成设计制备—表/界面润湿粘附润滑规律研究—发展特殊湿黏滑表面和材料—工程应用”。 |  |
研究方向：
(1) 软物质界面与材料；(2) 减阻降噪/海洋防污；(3) 生物润滑材料；(4) 高性能润滑剂
团队简介：
现有职工10人，其中研究员3人（周峰、裴小维、于波）、副研究员3人（蔡美荣、吴杨、麻拴红）、助研3人（于强亮、马正峰、杨武芳）、秘书1人（赵真真）；研究生（20人）。主要从事表界面科学研究，解决表界面润湿、润滑和黏附的关键科学问题，发展适合工程应用的湿黏附化学材料。先后承担和完成了30多项基础应用研究课题，包括国家自然科学基金会重点项目基金、军科委国防创新特区课题、国家重点研发计划子课题、企业项目等；申请国际合作基地和国际合作项目各一个。多次承办和组织国际、国内学术会议，包括“中国科协第282次青年科学家论坛”、“中国科协第344次青年科学家论坛”、“第七届化学与材料金砖论坛”和“瑞-中第一届和英－中第八届摩擦学学术研讨会”。由于中科院135培育项目出色的研究成果，而进一步获得了中科院优秀创新团队滚动支持，表现出了较强的组织协调能力和凝聚力。在国内外专业期刊发表SCI及EI论文超过300篇，申请和授权专利约100余件。
研究与成果介绍：
(1) 研究自然表面，获得了特殊润湿润滑性的共性原理，指导了特殊润湿润滑工程表面的设计；提出湿滑概念，拓展了润滑研究内涵。
研究揭示了生物体表面特殊润湿、粘附和润滑性的共性原理：表面通过有序的微纳米结构和分泌的疏水蜡状物质的协同作用获得疏水特性，实现减阻、自清洁功能；表面通过有序的微纳米结构和超亲水物质的协同作用赋予生物体优异的润滑特性。提出“湿滑”研究的概念，拓展了润滑研究内涵。研究了“湿”和“滑”的关系规律：在边界或弹性流体润滑区域，湿不一定滑，滑需要湿；而在流体润滑区域不湿更有利于边界滑移和减阻；并在（去润湿）疏水减阻和（润湿）亲水润滑方面做出了系统性的创新研究工作，通过界面润湿调控，实现界面润滑的调控（图1）。
图1. 湿滑关系研究与调控以及不同润滑状态润/湿与滑的关系
(2) 通过微纳米制造、物理和化学手段发展了多种具有特殊微纳米结构功能化材料表面的构筑新方法，建立了材料表面结构改性体系（图2）。
发展了系列仿生结构制造技术。采用混合电解质溶液和两步阳极氧化法在国际上首次制备了排列有序的表面多孔型纳米管阵列膜，实现了表面形貌的精确调控，解决了传统氧化方法带来的纳米管团聚倒伏、管口封堵或过刻蚀等问题。通过3D打印技术设计制备了仿生麦芒结构材料，揭示了其界面各向异性摩擦驱动机制，制备了智能仿生运动器件。发展了快速光固化的聚酰亚胺3D墨水材料，在国际上率先实现了聚酰亚胺结构部件的光固化增材制造，结构件成型尺寸收缩率<5%，远优于Virginia Tech的52%收缩率，满足了相关领域的高精度、高耐热性、高强度的要求，实现了中小规模生产。
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| 图2. 研究团队在工程材料表面微纳米化结构构筑方面研究进展。（a）研究了自然界中微纳结构化表面；b）采用物理、化学手段在工程材料表面仿生制造微纳结构；（c）3D打印增材制造技术制备各种仿生微结构器件及功能性部件。 | 图3.利用仿生理念，建立了工程材料表面系统的化学改性新方法。(a)多巴胺分子自组装技术用于工程材料表面修饰改性；(b)仿生自然“插秧种水稻”过程实现表面接枝修饰，发展了多种表面修饰的ATRP新方法；(c)仿生大分子引发剂实现表面修饰及接枝聚合物刷；(d)一系列表面接枝聚合物刷新方法：包括电引发、光引发及牺牲阳极法技术；(e)亚表面引发接枝聚合物刷新方法制备层状仿生软骨材料。 |
1）是设计合成了邻苯二酚基组装小分子和多价相互作用的大分子，实现了对几乎所有工程材料表面的化学修饰。原创性发明了eATRP、UV-ATRP以及saATRP聚合技术。将引发剂像种子一样“埋”在聚苯乙烯塑料基底之中，实现了进行多次循环修饰，并将这一修饰方法拓展到了聚氨酯、聚丙烯酸、环氧等一系列工程树脂表面。发明了亚表面引发聚合方法，实现了通用工程材料表面的亲水润滑改性（图3a-d）。
(4) 通过材料表面接枝智能响应性分子的水化-去水化过程，实现表面润湿/黏附/润滑调控。
1）润湿调控：将表面微纳结构和表面化学改性结合，可以放大表面的润湿性，使得亲水组分修饰表面更加亲水；疏水组分修饰的表面更加疏水。表面接枝智能响应性的大分子，其可以与水发生可逆相互作用，可以实现润湿性在亲水和疏水之间可逆调控。受玫瑰花瓣表面疏水高黏附启示，提出了构筑超疏可控粘附表面的普适性原则。
2）湿黏附调控。研究团队与香港城市大学合作依据藤壶水下黏附的机理，首次提出了水下可逆黏附胶的概念，利用响应性大分子可逆水化作用对黏附基团的选择性屏蔽作用，发展了一种温度响应的水下黏附胶。将合成的智能湿黏附胶组装到了仿生壁虎脚阵列上，首次在国际上制备得到了水下智能壁虎脚材料，成功开发了新型水下仿生智能运动装备器件，未来有望应用于军事和非军事领域（图4）。
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| 图4. 仿生水下黏附可逆调控。(a)基于双组分主客体识别机制的粘-滑调控界面和高温、低温水域中的粘附曲线；(b)基于单组份智能湿黏附胶的仿壁虎脚材料（左）及将其在移动器件履带上实现低温水域中的电控倒立运动（右）。 | 图5. (a)传统微纳疏水表面边界滑移机理图；(b)响应性微纳疏水表面边界滑移机理；(c) 亲疏水图案化表面“气环”减阻示意图、流场分布图。 |
3）减阻调控。为解决疏水表面气膜稳定性差这一科学问题，我们与西工大和帝国理工大学合作打破了传统超疏水理减阻的思维束缚，通过构筑亲疏水交替环形图案，有效抑制了气体的迁移，形成稳定气环，在转子Coutte流中创造了最高77%固液界面的减阻率（图5）。
4）摩擦与润滑调控。通过分子设计将一些响应性分子结构引入材料基体中，制备出了多种响应性软物质材料。通过施加外界刺激实现材料表界面处分子构象转变，从而实现材料界面摩擦调控。在材料表面接枝响应性聚电解质刷，通过对外界刺激的可逆相互作用，实现了摩擦的可逆调控。将水凝胶植入纳米多孔基底表面同时实现超低摩擦和摩擦调控。从湿滑摩擦学角度研究了口感和口腔摩擦之间的关系，有力地推动了口腔摩擦学的发展（图6）。 图6. (a)界面摩擦调控所用湿滑材料体系；(b)基于有机/无机软硬复合型仿生关节材料表面摩擦调控机制；(c) 基于单宁酸和粘蛋白相互作用导致的去水化作用的口腔发涩机制；(d)摩擦调控综述文章应邀封面图。 图7.自主研发的高性能仿生亲水润滑涂层应用于医用导尿管表及该产品预期产生的社会和经济效益。
(5) 提出了仿生功能材料表面的设计原理和制备技术，系统地研究了表界面功能材料在润滑、防污防黏附、减阻降噪等的使役行为，发展了润滑、防污、防腐、防结冰、减阻降噪等功能涂层材料和防护产品。
1）仿生亲水涂层技术。①通过模仿软骨的机械承载及水润滑机制，制备了刷型层状超高强度水凝胶润滑材料、毛发状水润滑添加剂及应用于导尿管表面的双层亲水润滑涂层；打破了国外公司长期的技术垄断，在浙江优特格尔医疗用品有限公司实现了中试放大，各项技术指标均优于国外相同型号产品（图7）。②通过学习海洋生物湿、滑、软、动的防污理念，合成了含离子液体官能团的亲水性聚合物，将其用于生物污损防治，成功开发了出了具有自主知识产权的三类高性能海洋低毒防污涂料，在我国沿海和英国南安普顿进行了长期的实海挂片实验，取得了较好的结果。技术已经进行了转化生产（图8）。
2）仿生疏水涂层技术。通过模仿自然界超疏防污界面，研发了空间润滑油防爬行屏障界面涂层材料、流体减阻涂层材料、自清洁涂层防污材料、防结冰涂层材料以及防腐涂层材料。这些涂层材料部分已经实现了产业化，与中国航天科技集团、中航工业、中国中车集团、中广核等建立了紧密的合作关系。
3）机械仿生驱动器件。采用多材料增材制造技术，实现了功能性仿生器件的免装配制造以及多材料组合驱动器件免装配制造，制备出多材料仿生驱动器。发展了直写挤出喷嘴处UV辅助光固化技术和装备，解决了光固化和直书写3D打印技术对墨水粘度等流变学性能的依赖难题，为多段固化3D打印实现高精度、高性能聚合物三维结构零部件制造提供了技术平台。 图8. 自主研发仿生湿、滑、软、动亲水防污涂层 图9.（a）超分子凝胶的自组装机理；（b）凝胶润滑剂的润滑机制研究
(6) 利用表界面物理化学吸附原理，指导新型润滑剂的合成。在新型润滑体系设计制备、基础研究指导应用探索方面做出了系统的研究工作（图9）。
1）通过功能定制的分子设计，将抗氧、抗腐蚀官能团等基团接枝到润滑剂分子中，同时考虑基于界面吸附与反应的润滑抗磨机理分子设计原理，系统研究解决了离子液体润滑剂存在的氧化、腐蚀、与传统基础油相容性差、成本高等瓶颈问题。
2）将分子自组装原理应用于新型润滑体系的构筑，在国际上开创了“超分子凝胶润滑体系”这一研究领域，在润滑剂研究领域贴上了中国的标签。该体系能够通过液体润滑剂内部自发的物理变化，将润滑剂束缚于摩擦对副，避免了润滑剂爬移泄露，称之为“机械的自约束液体润滑”，以期解决润滑油脂长期存在的科学技术问题（爬移泄漏、微观织构易破坏），有望对机械的密封设计、浸/含油轴承、新型润滑脂设计等机械工程领域产生重要影响。
