概述

液態(tài)成分組成的新型概念材料與典型的固體材料相比，如活性材料、自適應(yīng)材料和新型液體基材料，最近因其卓越且獨(dú)特的材料特性而受到廣泛關(guān)注。由于液態(tài)復(fù)合材料的存在，液態(tài)界面的穩(wěn)定性直接影響了這些材料的結(jié)構(gòu)、性能和功能。液相界面是液體材料與外部環(huán)境相互作用的主要區(qū)域，因此界面張力在材料制備過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。從液相界面張力的角度來(lái)看，設(shè)計(jì)方法可以分為高界面張力和低界面張力設(shè)計(jì)。

高界面張力設(shè)計(jì)

高界面張力通常發(fā)生在具有不同極性的液體之間，例如親水材料與疏水材料（圖1A)。根據(jù)Plateau-Rayleigh不穩(wěn)定性原理，高界面張力效應(yīng)會(huì)阻礙從疏水液體中擠出精細(xì)特征的打印，導(dǎo)致使用液體制備連續(xù)纖維時(shí)形成液滴（圖1B)。高界面張力設(shè)計(jì)可以利用打印材料的液滴形狀來(lái)制備多種新材料，這些材料在軟機(jī)器人和組織工程等領(lǐng)域有應(yīng)用。

KRÜSS克呂士提供了多種測(cè)試界面張力的方法：

DuNoüy環(huán)法：當(dāng)環(huán)從一相移動(dòng)到另一相時(shí)，可以測(cè)量由于拉動(dòng)液膜而引起的環(huán)潤(rùn)濕長(zhǎng)度上的受力。

Wilhelmy板法：測(cè)量當(dāng)板垂直浸入低相中潤(rùn)濕部分的作用力。

懸滴法：測(cè)定體相液中針頭上由界面張力產(chǎn)生的液滴形狀。界面張力可以通過(guò)液滴形狀分析由液滴圖像測(cè)得。

受束座滴法：測(cè)定完全對(duì)稱(chēng)的座滴輪廓曲率，根據(jù)液滴輪廓曲率分析計(jì)算得出界面張力。

低界面張力設(shè)計(jì)

在低界面張力設(shè)計(jì)中，隨著界面張力的降低，不同液體之間的界面傾向于形成平坦且連續(xù)的形狀（圖1C)。然而，隨著印刷液體材料長(zhǎng)度的增加，液體界面的不穩(wěn)定性可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)斷裂。為了克服這一問(wèn)題，安杰利尼及其同事最近提出了一種超低界面張力設(shè)計(jì)用于3D打印，該設(shè)計(jì)涉及使用化學(xué)性質(zhì)相似的支持材料來(lái)消除界面張力的不穩(wěn)定性（圖1D)。通過(guò)使用由水滴組成的乳液和連續(xù)的硅油材料，實(shí)現(xiàn)了幾乎可以忽略不計(jì)的界面張力（g≈0.08mN/m），并優(yōu)化了新支撐材料的流變性能以防止打印材料和支持材料的混合。同時(shí)，他們可以在不犧牲材料機(jī)械性能的情況下制造復(fù)雜的高分辨率硅錐結(jié)構(gòu)，因?yàn)槌�低界面張力的支撐材料可以在打印過(guò)程中產(chǎn)生穩(wěn)定且連續(xù)的材料。通過(guò)限制液相界面不穩(wěn)定性并保持打印材料的良好機(jī)械性能，低界面張力設(shè)計(jì)在醫(yī)療保健領(lǐng)域顯示出巨大潛力，可以用于個(gè)性化植入物和患者生理模型的新材料。除了3D打印技術(shù)之外，還可以說(shuō)越來(lái)越多的新型材料被設(shè)計(jì)成高、低界面張力，并被應(yīng)用到各種新興技術(shù)中，如液態(tài)金屬成形技術(shù)、微流控技術(shù)和液體門(mén)控技術(shù)（圖1E)。

對(duì)于超低界面張力的測(cè)試，KRÜSS克呂士SDT旋轉(zhuǎn)液滴張力儀可以測(cè)量低至10-6mN/m界面張力，并且在研究微乳液形成條件時(shí)經(jīng)常被使用。

總結(jié)

考慮到高、低界面張力特性對(duì)構(gòu)建新型概念材料的重要性，液-液或液-固之間的調(diào)節(jié)和匹配響應(yīng)的界面張力在材料穩(wěn)定性和功能性方面起著關(guān)鍵作用。例如，由液體和固體組成的新型液體材料是通過(guò)界面物理化學(xué)設(shè)計(jì)的；液體可以提供功能結(jié)構(gòu)單元，而固體則可以為液體提供結(jié)構(gòu)基質(zhì)或受限空間。它結(jié)合了固體材料和液體材料的特點(diǎn)，并具有無(wú)缺陷、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)、軟界面和適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。因此，有望從這些材料精確控制高、低界面張力這一仍處于快速發(fā)展階段的領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的新概念材料突破。