許多基本的物理化學(xué)過(guò)程都發(fā)生在流體界面上。因兩相流體物理或化學(xué)性質(zhì)的不同，在界面處會(huì)出現(xiàn)某些物理參數(shù)的突變而產(chǎn)生很多重要的物理化學(xué)過(guò)程，這幾乎涉及了化學(xué)、化工、材料、物理、生物等各學(xué)科領(lǐng)域。比如，在氣液界面上發(fā)生的蒸發(fā)、吸附、瑞利不穩(wěn)定性、聲學(xué)共振等過(guò)程，對(duì)基于溶液的器件加工、表面自組裝、噴墨打印及氣泡聲學(xué)有重要的影響。在液液界面上發(fā)生的擴(kuò)散、反應(yīng)、粘性指進(jìn)等過(guò)程，在化學(xué)合成、材料制備、工業(yè)采油等領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用?？刂屏黧w界面，有助于人們更好地理解、控制和利用這些重要的過(guò)程。然而，由于流體界面的流動(dòng)性和不穩(wěn)定性，對(duì)其有效調(diào)控依然是一個(gè)難題。通過(guò)固體微結(jié)構(gòu)形成固定化的流體界面，可以為觀察、識(shí)別和標(biāo)記提供一個(gè)穩(wěn)定的平臺(tái)，從而在很多研究領(lǐng)域具有更為重要的意義，比如分子擴(kuò)散機(jī)理研究、界面反應(yīng)、傳感和檢測(cè)等。

在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的大力支持下，中科院化學(xué)研究所綠色印刷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員宋延林課題組科研人員近年來(lái)在納米材料印刷及圖案化領(lǐng)域開(kāi)展了深入系統(tǒng)的研究。他們突破傳統(tǒng)印刷技術(shù)的精度極限，實(shí)現(xiàn)了微納米尺度精細(xì)圖案的印刷及納米功能材料的可控組裝（Adv. Mater. 2014, 26, 2501-2507；Adv. Mater. 2018, 30, 1703963），并發(fā)展了在印刷電子及可穿戴器件領(lǐng)域的應(yīng)用（Adv. Mater. 2015, 27, 3928-3933；Adv. Mater. 2016, 28, 1369-1374）。同時(shí)使用微結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)控氣液界面的演變，實(shí)現(xiàn)了對(duì)泡沫演變的可編程式的調(diào)控（Nat. Common. 2017, 8, 14110；Adv. Opt. Mater. 2017, 5, 1700751）。

圖1 一種普適的流體圖案化方法

在上述研究基礎(chǔ)上，他們利用微結(jié)構(gòu)模板來(lái)調(diào)控不相容的流體界面形成圖案化。利用固體微結(jié)構(gòu)調(diào)控流體間相互取代過(guò)程，他們提出了一種任意不相容流體界面間的流體圖案化技術(shù)（圖1）。結(jié)合理論分析，他們提出了微結(jié)構(gòu)浸潤(rùn)性和幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，并用于制備不同形貌的流體圖案，實(shí)現(xiàn)了流體間界面的可編程圖案化（圖2左）。這種以微流體技術(shù)為基礎(chǔ)的對(duì)溶液的在微米和納升尺度的調(diào)控，在以溶液加工為主體的器件制備技術(shù)中具有重要的應(yīng)用。他們把流體圖案化技術(shù)與功能材料的蒸發(fā)組裝技術(shù)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了微型立體光電探測(cè)器的制備，顯示出了良好的光電響應(yīng)性（圖2右）。該工作在發(fā)展微型器件的制備新方法方面具有重要的意義。

圖2 可編程的流體圖案化及微型立體器件的制造