“物竞天择,适者生存”。在亿万年的进化过程中,为满足自身生存和发展的需要,一些生物体表进化出了独特的润湿性。近年来,具有特殊润湿性的仿生材料逐渐成为研究的热点之一,许多突破性科研成果推动了该领域的快速发展。然而,随着研究的深入,人们已经不满足于简单的模仿自然,具有能够响应外部刺激改变表面润湿性的智能仿生材料因其独有的优势正在受到越来越多的关注。迄今为止,可逆调控润湿性在高分子材料领域已经获得了广泛的研究并取得了可喜的进展。作为在工程实际中所广泛应用的材料之一,金属材料表面可控润湿性的研究相对较少,这在一定程度上限制了智能可控润湿材料的发展。而且,由于存在成本高、制备方法复杂、稳定性和耐久性较差等问题,金属基仿生智能表面的广泛应用受到限制。基于上述分析,结合智能响应润湿性表面的研究趋势,通过借鉴自然界中具有特殊润湿性的典型生物的体表结构,本文设计和制备了一系列具有智能响应润湿性的仿生金属表面,通过浸渍涂布、聚电解质沉积、激光加工和化学修饰等方法,在钛、铜等较为稳定的金属上制备具有可逆调控润湿性的智能表面,分析归纳了其润湿性可逆调控的内在机制,测试了表面的稳定性及耐久性,并将所制备的智能仿生表面应用于油水分离、液滴/流体操纵、防腐蚀等工程领域所面临的实际问题,主要研究结论如下所示:(1)通过简单的浸渍涂布,我们成功的制备了一种具有光响应润湿性的仿生Ti O2钛网(BTTM)。在紫外光照射或加热后,表面润湿性能够在水下超亲油和水下超疏油之间可逆地转变,在高浓度的酸、碱或盐溶液浸泡12小时后,表面润湿性几乎没有变化,体现出表面良好的化学稳定性。此外,BTTM还具有自愈合能力、自恢复抗油污性能和自清洁性能,能够有效的提高材料的可重用性。这项研究为设计和制备稳定的智能表面提供了一种简单有效的方法,该表面可用于腐蚀性含油废水的可控处理。(2)通过对商业铜片表面进行激光加工和聚电解质交替沉积,我们获得了一种具有离子响应润湿性的超疏水高粘附平台。当外部反离子发生变化时,所制备的仿生平台的润湿性可以在超疏水和超亲水状态之间可逆地切换。此外,该仿生平台具有较好的物理和化学稳定性。当液滴与仿生平台相接触时,接触模型呈现卡西浸渍状态。基于上述特殊的表面润湿性,所制备的仿生平台既可以作为转移液滴的“机械手”来实现液滴的无损转移,又能够作为可重写的液滴储存平台来实现选择性的储存或图案化的排列。这项研究有助于推动液滴转移及功能化储存等方面的研究和金属微流控平台的开发。(3)通过对商业铜片表面进行激光加工、化学刻蚀和混合硫醇修饰,我们获得了一种具有p H响应润湿性的超疏水仿生表面。由于羧基在不同p H值下会发生的质子化和离子化,仿生表面的润湿性可以从超疏水转变为超亲水并具有良好的可逆性。通过覆盖或去除表面墨点,润湿性可以实现从超疏水高粘附到超疏水低粘附之间的转变。当油墨墨点直径为0.6 mm时,墨点处水滴(5μL)的接触角为152±1.5°,并呈现高粘附状态(滑动角为90°)。这种智能仿生平台可用于储存、转移液滴或进行液滴的微反应。电化学测试结果表明,所制备的仿生表面具有较好的耐腐蚀性。这项研究为同时操纵液滴在表面上的接触角和粘附力提供了可行的设计路线,有助于推动金属微流控平台的发展,也为铜的腐蚀防护提供了新的思路。(4)在前期研究基础上,受天然芦苇叶和荷叶的启发,通过将可逆调控润湿性与两种仿生结构的合理分布相结合,我们成功制备了多功能的双重仿生金属平台。对于中性(p H=7)水滴,仿生平台的“芦苇叶”和“荷叶”区域分别具有各向异性和各向同性的超疏水性;对于水下(p H=13)油滴,仿生平台的“芦苇叶”和“荷叶”区域分别具有各向异性和各向同性的水下超疏油性。表面仿生结构所引起的液滴运动能量壁垒和三相接触线的差异是造成上述现象的原因。所制备的双重仿生金属平台能够同时实现对水/油液滴和流体的操纵,这将促进集成的仿生功能表面的研究,为设计多用途、多功能的金属微流控平台提供新的策略。