神奇的二維優(yōu)先鋪展現(xiàn)象 為功能性織物開發(fā)提供新思路

　　當(dāng)液體在多孔織物表面擴(kuò)散時(shí)，液體滲透吸收也在同時(shí)發(fā)生，這種現(xiàn)象在很大程度上限制了材料的實(shí)際應(yīng)用。因此，如何能夠使液體快速鋪展并減少滲透是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

　　宣紙是中國傳統(tǒng)的古典書畫用紙，產(chǎn)于我國安徽省，制備過程需要140步，制備周期長達(dá)兩年，迄今已有1500余年歷史。宣紙由于其獨(dú)特的油墨潤濕性能，廣泛受到了中國書畫大家的喜愛并且沿用了千年。

　　中國科學(xué)院化學(xué)研究所的研究員對宣紙的平面二維優(yōu)先鋪展現(xiàn)象進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)水會(huì)在宣紙上快速橫向鋪展，卻很少會(huì)滲透到紙的背面。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，150μL的水能在宣紙表面鋪展而無任何滲透。

液體在宣紙上的二維優(yōu)先鋪展現(xiàn)象

　　宣紙的主要化學(xué)成分是纖維素，它們親水性好，具有較高的表面能。與其他的紙張不同的是，宣紙是由長纖維組成，這些長纖維在紙漿干燥過程中橫向交織，而并非無序排列。因此，宣紙中的長纖維應(yīng)該是層層排列的，盡管沒有明確的層間邊界。

　　當(dāng)水與宣紙接觸時(shí)，首先水會(huì)被吸入微米孔內(nèi)，鋪展過程突然加速，接著，未浸潤的納米纖維孔開始吸收液體，造成液體鋪展的再次加速。隨著上層結(jié)構(gòu)中液體的過度積累，液體逐漸靠近下層纖維，然后在上下層宣紙纖維之間形成液橋。液橋一旦形成，液體便會(huì)在下一層纖維表面迅速擴(kuò)展，消耗大量液體，液橋逐漸變?nèi)跎踔翑嗔选Ｒ虼耍后w在宣紙表面的橫向二維鋪展占優(yōu)勢，縱向滲透則被阻斷。

二維優(yōu)先鋪展機(jī)理

　　宣紙獨(dú)特的鋪展性能主要?dú)w功于其獨(dú)特的層狀微/納米孔復(fù)合結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。在中國宣紙的啟發(fā)下，研究人員用靜電紡絲法制備了類似于宣紙結(jié)構(gòu)的醋酸纖維素膜，經(jīng)過水解過程，獲得與宣紙表面微納米結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成相似的纖維素紙張。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該納米纖維素紙張能夠?qū)崿F(xiàn)175μL水的快速鋪展而無滲透，比宣紙具有更好的鋪展性能。

　　相關(guān)文章在線發(fā)表在Advanced Functional Materials上，這項(xiàng)工作通過對宣紙二維優(yōu)先鋪展的現(xiàn)象進(jìn)行研究和模擬，可以為設(shè)計(jì)各向異性潤濕織物的應(yīng)用提供靈感，例如研究開發(fā)新型防滲透服裝材料等。