界面化学200年の常識〜濡れ方は一つに定まる〜を覆す! 濡れ方が二状態に分岐する表面設計方法 — PFASフリーの撥水材料開発にも道。濡れ性制御の新たな設計指針を提示 —

2026-04-16 物質・材料研究機構

物質・材料研究機構(NIMS)は、同一の平坦表面上で液体の濡れ方が「付着」と「撥水」の2状態に分岐する現象を発見し、200年以上続いた界面化学の常識を覆した。従来は固体と液体の組み合わせで濡れ方は一意に決まるとされていたが、本研究では油中における水滴接触の順序や、水素結合の数を制御することで、同一条件下でも異なる濡れ状態を実現できることを示した。さらに外部刺激による状態切替も可能である。この設計原理により、PFASに依存しない撥水材料の開発や、高耐久な平坦表面での濡れ性制御が可能となる。マイクロ流体操作や機能性表面設計への応用が期待される。

界面化学200年の常識〜濡れ方は一つに定まる〜を覆す! 濡れ方が二状態に分岐する表面設計方法 — PFASフリーの撥水材料開発にも道。濡れ性制御の新たな設計指針を提示 —
図: (a) 同一平坦基板上において、弾かれ・付着状態の水滴が同時に観察されている。弾かれ状態は、基板を油に沈めた後に水滴を接触させた状態。付着状態は水滴を接触させた後に油に沈めることで形成できる。
(b) 外部刺激による付着状態から弾かれ状態への切り替え。付着状態の水滴に対してテフロン針を用いて基板並行方向に応力を加えることで弾かれ状態に切り替えることができる。

<関連情報>

滑らかな表面における双安定濡れ状態 Bistable Wetting States on a Smooth Surface

Mizuki Tenjimbayashi, Shunto Arai
Advanced Materials Interfaces  Published: 02 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/admi.70495

ABSTRACT

Droplets on a non-textured surface typically exhibit a monostable wetting state, as represented by Young state. Here, we show that droplets can exhibit bistability without surface texture by tuning molecular interactions. We investigated the behavior of water droplets on a smooth substrate when immersed in oil. The oil contains hydrophilic interaction components, and their hydrophobic–hydrophilic balance was systematically varied. For oils with a specific hydrophobic–hydrophilic balance, droplet states bifurcate between repellent or sticky depending on the order of droplet casting and oil immersion. These states are neither transient nor one-off, indicating molecular interactions can create an energetic barrier separating the two states rather than surface textures. Under other oil conditions, the droplet remains monostable, either repellent or sticky, regardless of the order. This work advances the fundamental understanding of molecular effects on droplet behavior and expands surface design strategies in functional materials without compromising mechanical durability.

0500化学一般
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