亞里士多德曾說：大自然的每一個領域都是絕妙無倫的。人類自古以來都向大自然學習，研究鳥類，發(fā)明了飛機；學習人體，開發(fā)生物材料等等。學習大自然，發(fā)現大自然的奧秘，并能運用大自然為人類提供新認知和新工具。
今日，奇物論介紹的是國內仿生學界的領頭人、中國科學院院士、發(fā)展中國家科學院院士、美國國家工程院外籍院士——江雷教授。
江雷教授目前擔任北京航空航天大學化學與環(huán)境學院院長。主要從事交叉科學領域仿生智能界面材料的合成與制備的研究工作,主要涉及仿生特殊浸潤性材料、仿生離子通道、仿生能源、仿生輕質高強等方面的研究。目前已在Nature, Nature Nanotechnology, Nature Materials, Chem. Soc. Rev., JACS, Adv. Mater.等國際頂刊發(fā)表數百篇研究論文。
于此，奇物論編輯部對江雷教授的代表性論文作簡要介紹，供大家學習和交流。（如有表述不當，懇請指出）
首先介紹的第一篇代表作是，江雷教授在2002年發(fā)表在Advanced Materials上的論文，開發(fā)出一種人造超疏水表面，目前被引次數達3245次
水接觸角（CA）大于150°的超疏水表面在基礎研究和實際應用領域非常具有前景，在自然界中，這樣子的現象廣泛存在，如荷葉和稻葉。自然界的這些結果為構造人造超疏水表面和設計可控制的潤濕性提供了指南。受自然啟發(fā)，江雷等人制備了聚合物納米纖維和不同圖案的取向碳納米管（ACNT）薄膜的超疏水表面。
Feng, L., et al.. (2002), Super‐Hydrophobic Surfaces: From Natural to Artificial. Adv. Mater., 14: 1857-1860.
https://doi.org/10.1002/adma.200290020
在2004年，江雷教授等人在Nature發(fā)表關于水黽的拒水腿的研究論文，被引次數達1869次
水黽，相信大家在池塘里都見過，它可以非常平穩(wěn)地停留在水面上，而且毫不費力地在水面上快速移動，這一特征被認為是由于分泌的蠟造成的表面張力效應。
然而，針對這一自然現象，江雷等人在2004年的Nature上表明，事實并非如此，研究認為腿的特殊層次結構由于被大量帶有細納米槽的定向細小毛發(fā)覆蓋著，使其在誘導這種耐水性方面更重要。該發(fā)現可能有助于設計小型水生設備和非潤濕材料。
Gao, X., Jiang, L. Water-repellent legs of water striders. Nature 432, 36 (2004).
https://doi.org/10.1038/432036a
張愛玲曾寫道：雨，像銀灰色黏濕的蛛絲，織成一片輕柔的網，網住了整個秋的世界。這應該是文科生的浪漫。那么雨和蛛絲對于理科生而言有什么浪漫？——上Nature封面！
江雷教授等人從微納米層次上揭示了蜘蛛絲集水“多協(xié)同效應”機制，并通過設計人造蜘蛛絲，實現了小尺度液滴的方向性驅動。這項工作可以為可從霧中收集淡水或在工業(yè)過程中過濾液體氣溶膠的功能性表面設計提供依據。這也是北航的首篇Nature論文，到目前已被引1023次。
Zheng, Y., et al. Directional water collection on wetted spider silk. Nature 463, 640–643 (2010).
https://doi.org/10.1038/nature08729
江雷教授另一篇代表作是2016年的，同樣是發(fā)表在Nature上的論文，他們研究了豬籠草表面的連續(xù)定向水輸送。
食肉植物豬籠草捕獲昆蟲是因為昆蟲其投手器官的濕邊緣失足滑落而被豬籠草吞噬。北航大學江雷教授、張德遠教授和陳華偉教授等人揭示了該現象，認為這是通過在濕邊緣表面連續(xù)不斷地定向輸水來實現的，這是多尺度結構特征的結果，開創(chuàng)性地提出了無動力自潤滑防粘新理念，對解決微創(chuàng)手術器械防粘技術難題具有重要參考價值。
Chen, H., et al. Continuous directional water transport on the peristome surface of Nepenthes alata. Nature 532, 85–89 (2016).
https://doi.org/10.1038/nature17189
咱們最后介紹一下江雷教授在Nature Reviews Materials上的代表性綜述：自然啟發(fā)的超浸潤體系
超浸潤性是一個具有數百年歷史的概念，在過去的幾十年中已被重新發(fā)現，這在很大程度上是由于人們對自然界中特殊浸潤現象的機理有了新的認識。多尺度結構和表面化學成分的結合對于制造具有超浸潤性的界面材料至關重要。
在本綜述中，江雷教授等人詳細介紹了其歷史發(fā)展并總結了超浸潤系統(tǒng)中各種組合的超浸潤狀態(tài)。還簡要介紹了自然可濕性材料的設計原理。超浸潤系統(tǒng)可以從2D表面擴展到0D納米粒子，1D纖維和管狀體以及3D集成材料。還討論了新現象以及基于超浸潤系統(tǒng)在化學反應和材料制造方面的優(yōu)勢，包括利用單個極端浸潤狀態(tài)或結合兩個極端浸潤狀態(tài)的新興應用。最后，還提供了對未來研究方向的看法。
Liu, M., et al., Nature-inspired superwettability systems. Nat Rev Mater 2, 17036 (2017).
https://doi.org/10.1038/natrevmats.2017.36
個人簡介：
江雷，無機化學家、納米材料專家，北京航空航天大學化學與環(huán)境學院院長。2009年當選中國科學院院士；2012年當選發(fā)展中國家科學院院士；2016年當選為美國國家工程院外籍院士。
江雷教授主要在交叉科學領域從事仿生界面材料的合成與制備方面的研究，主要有以下幾個方面的研究：
（1）通過向自然學習，研究多種生物體表面特殊浸潤性，揭示了生物體表面超疏水性的形成機理，為相關仿生界面及智能材料的設計制備提供依據；
（2）仿生制備超疏水界面材料，并實現多功能化組合的超疏水表面，又同時將不同種類的特殊浸潤性如：超疏油/超疏水（超雙疏）、超親油/超親水（超雙親）、超疏油/超親水、超疏水/超親油組合，建立仿生超疏水界面材料體系；
（3）通過系統(tǒng)研究界面材料結構和特性規(guī)律，提出了"納米界面材料的二元協(xié)同效應"，創(chuàng)造性地將仿生微納米復合結構與外場響應性分子設計相結合，實現了在單一或多重外場控制下材料表面浸潤性的可逆變化；
（4）通過將單一物性（浸潤）的二元（親/疏）設計理念推廣到其它物性體系，提出了仿生智能多尺度界面材料的設計方案，為仿生界面材料體系的發(fā)展提供了新方法。
