物體漂浮在水面是生活中的常見現象。控制物體的漂浮狀態在船只設計、礦物篩選、膠體組裝和微納制造等領域具有應用價值。已有研究揭示材料表面性質對漂浮狀態的作用。而當前研究認為物體穩定漂浮時的狀態和浮力是固定不變的。
近年來，中國科學院化學研究所綠色印刷院重點實驗室宋延林課題組圍繞固體與液體粘附作用與圖案化開展了系統研究，實現了液體復雜行為的操縱和精確圖案化（Nat. Commun. 2019, 10, 950；Sci. Adv. 2020, 6, eaay5808；Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 10535-10539；Nat. Commun. 2021, 12, 6899）。
近日，宋延林研究團隊發現在不同高度落入水中的物體，穩定后可以在水面上呈現不同浸沒深度，從而表現出不同的漂浮狀態（圖1）。理論分析表明，由于固-液粘附作用，物體入水后的三相接觸線表現出釘扎-滑移-釘扎的三階段動力學行為，這是物體呈現不同漂浮狀態的根本原因。據此，研究提出了“浮滯回線”來指導調節物體漂浮狀態。研究發現，改變外力的加載-卸載順序能夠實現物體漂浮狀態的調控（圖2）。研究展示了可變漂浮狀態在界面催化、液體蒸發和藥物釋放等領域的應用。該研究加深了科學家對漂浮過程中界面現象的理解，并在相關領域具有重要的啟示意義。
相關研究成果發表在《美國國家科學院院刊》上。研究工作得到科技部、國家自然科學基金、北京分子科學國家研究中心和中科院的支持。
圖1.物體的可變漂浮狀態現象
圖2.“浮滯回線”與漂浮狀態調控方法