浸润是我们日常生活中最常见的物理化学过程。具有特殊浸润性的材料近 年来受到了大众的广泛关注并引起科研界的兴趣。对具有特殊浸润性的表面进行研究，制备出相应的功能材料对工业生产和人们生活都具有重要的意义。因此，本论文的工作一方面通过对特殊浸润性的材料进行研究，通过对天然蜘蛛丝的仿制，制备高效集水的薄膜材料。另一方面，我们通过对中国宣纸上液体超级铺展性能机理的研究，得到了仿宣纸薄膜，并对其防水透气性能进行了研究。具体内容有以下几点:　　(1)制备高效集水的多尺度结构薄膜。受到蜘蛛丝集水功能的启发，我们在本章的工作中利用静电纺丝方法制备了一种多尺度结构的薄膜，用来在湿润的空气中高效的收集淡水资源。通过设计静电纺丝中特殊的收集器和调节前驱液的浓度，可以快速得到纤维呈现放射状结构的薄膜，而每根纤维都是具有周期性串珠结构的人工蜘蛛丝，在串珠表面具有纳米尺度的粗糙度。多尺度结构带来了液滴的多步定向运输和收集，相比单根纤维极大的提高了集水的效率。类似于蜘蛛丝，在湿润的空气中，小液滴首先在拉普拉斯压差的作用下在微米尺度的串珠上被收集。串珠表面的纳米粗糙度通过增大液滴内部的拉普拉斯压差来提高液滴收集的效率。随着收集的液滴在纤维的串珠上汇聚变大，在微米尺度上，相邻纤维串珠上的液滴会接触汇合而后被定向的运输到薄膜的中心点。之后串珠可以再次进行第一步的收集，从而形成了两步的循环。这两步的循环极大的提高了集水的连续性和效率。为了获得可以高效集水的薄膜，我们进行了一系列的对比实验。研究发现，纤维之间的角度、串珠的长径比和材料的浸润性都是决定性因素，并且得到了最优条件。我们希望本章内容的研究能够为解决全球水资源危机提供新的思路。　　(2)对中国宣纸的液体超级铺展性能及其机理进行研究。通过对宣纸浸润的性质进行全面的研究，发现可以在宣纸上液体铺展的速度非常快，在二维铺展却不渗透的液滴体积高达150 μL，高黏度的液体也可以在宣纸上顺利铺展。其优异的液体铺展能力与其特殊的结构有紧密的联系。为了研究其机理，根据宣纸的多尺度孔结构以及对液体二维优先铺展过程的观察，我们建立了一个简化图像来描述宣纸中的液体吸收和扩散过程。研究发现，液体在每一层中的横向铺展速度取决于单根纤维的液体吸收和传输能力，而其上的纳米尺度小孔和凹槽起了非常重要的作用。小孔的毛细力将液体从纤维之间吸收到纤维之上，而其中的凹槽则在纤维中形成液体通道将液体不断向外传输。反观纵向，由于宣纸特殊的层状结构使得纤维之间纵向的连接远远没有横向那么紧密，也就是说纵向上液体的传输主要通过层与层之间形成的液桥来完成，而液桥的形成条件则是要上层纤维中的液体过饱和，这个过程比横向扩散过程慢得多。综上所述，宣纸优异的液体横向二维优先铺展特性主要取决于如下两个方面:一是多尺度孔结构极大的增强了它持续横向传输液体的能力;二是多层结构大大限制了它的纵向传输过程。　　(3)利用类似宣纸结构的高分子薄膜制备功能材料。基于上一章对宣纸的多尺度孔结构的研究，首先利用静电纺丝方法制备出了具有与宣纸同样优异浸润性能的纤维素膜材料。通过溶剂筛选，溶液浓度控制以及电纺后的水解和脱乙酰化等工艺，使制备出的仿制宣纸薄膜材料具有与宣纸相似的微观多尺度孔结构和二维优先铺展特性。同时还通过改变电纺条件制备出了纤维表面无孔的薄膜进行对比实验。实验结果显示纤维表面的纳米孔状结构是薄膜液体二维优 先铺展性能的重要决定性因素，保证了单层薄膜内部极强的液体吸收和传输能力。我们进一步将上述成果应用于新型功能材料的开发。制备出了一种非常轻薄的防水透气织物，其透气性明显好于市面上的商业化防水透气材料。在此基础上，通过改进工艺，我们又开发出一种特殊的双向不渗透材料。这种薄膜材料的一侧为超亲水表面，而另一侧则为超疏水表面，同时薄膜具有非常良好的透气性。虽然液体在任何一面都无法渗透过薄膜，但是两面又具有完全不同的侵润特性，这使得此材料可以满足一些特殊需求。同时这个材料相比于其他防水透气材料还具有环保，低成本等先天优势。在户外休闲服装以及医疗和军事应用领域都有着极大的应用潜力。