单步光刻技术新突破：韩国团队基于RDP技术构建全液体排斥表面，破解传统制造瓶颈

    车辆玻璃防雾、厨电表面防油污、工业输油管道减黏附等实际应用场景，均依赖超疏液表面技术的支撑。其中，可排斥水、油、乙二醇等多类液体的全液体排斥表面，因具备广谱拒液特性，在防污、防腐蚀、流体阻力调控及太阳能电池自清洁等领域具有重要应用价值。然而，传统全液体排斥表面的制备长期受限于工艺复杂度高、成本高昂等问题，难以实现规模化应用。近日，韩国科学技术院（KAIST）的研究团队提出一种基于反应扩散光刻技术（RDP）的单步制备方案，仅通过单次紫外曝光即可构建具有双重反向凹入微结构的超疏液表面，相关研究成果发表于国际知名期刊《Small》。

    传统全液体排斥表面的制备瓶颈：工艺与性能的双重制约
    全液体排斥表面的核心工作原理是通过表面微结构截留空气，形成“液体空气固体”三相界面（即CassieBaxter状态），利用空气层阻隔液体与固体表面的直接接触，从而实现广谱拒液效果。但传统制备技术在工艺实施与性能稳定性方面存在显著局限：
    1.工艺复杂度高：传统微结构制备需经过多步光刻、蚀刻、镀膜等流程，对设备精度要求严苛。例如，部分方案需多次调整紫外曝光参数以控制结构形态，或依赖精密纳米压印技术实现微结构转移，操作流程繁琐且耗时。
    2.制备成本高昂：多步工艺导致材料损耗率上升，且专用设备的购置与维护成本较高，尤其在大面积制备场景下，成本问题更为突出，限制了技术的工业化推广。
    3.性能稳定性不足：传统微结构对水等表面张力较高的液体具有较好拒液效果，但面对油、乙二醇等低表面张力液体时，界面空气层易破裂，导致表面从CassieBaxter状态转变为液体浸润的Wenzel状态，拒液性能大幅衰减。

    RDP技术的核心设计：单步曝光实现微结构定向成型
    KAIST团队的核心突破在于利用反应扩散光刻（RDP）技术，通过协同调控自由基聚合反应与氧气扩散过程，实现双重反向凹入微结构的一步制备。该技术通过三大关键设计，解决了传统工艺的核心痛点：
    1.单次紫外曝光工艺：流程简化的关键
    传统光刻需多次曝光以调整微结构形态，而RDP技术仅通过单次紫外曝光即可完成结构制备。当紫外光照射至含单体（ETPTA）与光引发剂（PI）的光刻胶体系时，光引发剂触发自由基聚合反应，促使光刻胶固化成型；同时，空气中的氧气向光刻胶内部扩散，对聚合反应产生抑制作用。通过调控聚合反应与氧气扩散的动态平衡，无需后续加工即可实现微结构的精准成型，大幅简化了制备流程。
    2.特殊光掩模设计：微结构形态的精准调控
    研究团队设计了含“圆形窗口同心窄环形窗口”的复合光掩模，为微结构生长提供定向模板：
    圆形窗口：作为微结构生长的核心区域，引导光刻胶在窗口下方优先发生聚合反应，形成结构的“中央微柱”，为整体结构提供支撑；
    同心窄环形窗口：环绕于圆形窗口外侧，通过精准控制环形宽度调节氧气向内侧的扩散速率。氧气的扩散会延迟环形区域的聚合反应，使该区域光刻胶在中央微柱固化后再逐步成型，最终形成“中央微柱+顶部短脊”的双重反向凹入结构。该“上窄下宽”的形态可通过类似“卡扣”的锁定效应截留界面空气层，显著提升拒液稳定性。
    3.光引发剂浓度调控：结构生长方向与速率的优化
    光引发剂浓度直接影响微结构的生长方向与成型效率，团队通过浓度调控实现结构性能优化：
    当光引发剂浓度≥30w/w%时，紫外光在光刻胶中沿垂直方向快速衰减，促使光刻胶优先沿竖直方向聚合，避免横向生长导致的结构变形，保证中央微柱的垂直度；
    高浓度光引发剂同时加速中央区域的聚合反应，与环形窗口处因氧气扩散导致的“延迟聚合”形成时间差，确保“中央微柱长、顶部短脊晚成型”的理想形态。
    此外，团队通过优化光引发剂组合进一步提升结构性能：采用高量子产率的Irgacure819与高消光系数的IrgacureTPO搭配，即使在较低浓度下，也能实现与高浓度Irgacure2100相似的结构成型效果，同时提升微结构的机械稳定性，解决了传统超疏液表面易磨损、耐用性不足的问题。

    实验性能验证：广谱拒液与结构稳定性的双重保障
    为验证RDP技术制备的微结构性能，团队开展了多组实验，结果显示该结构在广谱拒液性与性能稳定性方面表现优异：
    1.广谱液体排斥性能
    实验测试了水、乙二醇、矿物油、橄榄油等不同表面张力的液体，结果表明：该双重反向凹入微结构对所有测试液体的静态接触角均值均高于130°，且在液体滴落与自然蒸发过程中，表面始终维持CassieBaxter状态，未发生向Wenzel状态的转变，有效解决了传统结构对低表面张力液体拒液性能不足的问题。
    2.微柱间距对性能的影响
    团队进一步研究了微柱间距与拒液性能的关联：
    间距过大时，虽可小幅提升接触角，但界面空气层的稳定性下降，液体压力易导致空气层破裂，增加状态转变风险；
    间距过小时，接触角会显著降低，影响拒液效果。
    通过实验优化，确定“100150μm”为最佳微柱间距范围，在此范围内可同时实现高接触角与高状态稳定性，保障全液体排斥性能的稳健性。
    此外，RDP技术具备良好的灵活性：通过调整光掩模设计与紫外曝光参数，可实现微结构尺寸、间距的精准调控；同时，该技术支持玻璃、金属、聚合物等多种基底的微结构制备，为不同应用场景的适配提供了可能。

    技术应用前景与未来研究方向
    RDP技术通过单步制备实现双重反向凹入微结构，为全液体排斥表面的高效制造提供了新路径，其应用前景广泛覆盖多个领域：
    民用领域：可用于制备自清洁玻璃、防油污厨具表面及耐脏服装面料，降低日常维护需求；
    工业领域：适用于输油管道内壁、换热器表面的涂层制备，减少液体黏附导致的输送能耗，同时提升设备抗腐蚀性能；
    新能源领域：可作为太阳能电池的自清洁涂层，避免灰尘、雨水对光电转换效率的影响，延长设备使用寿命。
    未来研究可围绕三方面展开：一是进一步优化光引发剂的种类与配比，探索更高效的光刻材料体系，提升微结构的机械强度与耐用性；二是结合等离子体表面处理、功能涂层修饰等技术，进一步增强表面拒液性能与环境适应性；三是拓展RDP技术的应用场景，例如在微流控芯片中制备精准液体通道，或在生物医学支架表面构建利于细胞附着的微结构，为微流控、生物医学等领域提供技术支撑。
    随着技术的持续优化，RDP技术有望推动全液体排斥表面从实验室研究走向工业化应用，为多领域的性能升级与成本降低提供关键支撑。