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

水滴は固体に触れると、平らに広がる(付着する)こともあれば、玉のように弾かれることもあります。「濡れ」というこの現象は、自然現象から日常生活まであらゆる場面で見られ、その制御はインクジェットや塗装産業などあらゆる産業分野の基盤技術となっています。1805年Thomas Youngは固体と液体の組み合わせごとに、濡れ方は常にただ一つの状態に定まる」という法則を発見しました。これは長らく界面科学の常識とされてきました。

今回研究チームは、同一基板において水滴が「付着する」/「弾かれる」という、相反する二つの状態で共存する現象を、油に沈めた平坦基板に水滴を接触する実験で発見しました。設計の鍵は、固体表面と油の中に、水素結合という特定の分子の「手」を用意し、その「手の数」を精密にコントロールすることです。その結果、同じ基板と油の組み合わせにも関わらず、水滴接触および油に沈める操作の「順番」を変えるだけで、水滴の性質が「付着する」と「弾かれる」の二つの状態に分岐することが分かりました(図(a))。さらに、外部刺激によって付着状態から弾かれ状態に切り替え可能であることも示しました(図(b))。

提案した設計原理は新たな「濡れ性制御手法」として、機能性表面の開発に貢献できると考えます。液体を弾く状態を、本来液体が付着する組み合わせでも作れるということは、環境影響が懸念されるPFAS(有機フッ素化合物)のような撥水性の高い材質に頼らずとも、撥水撥油性表面を形成できる可能性があるということです。また、本研究で用いた平坦な表面は、従来の微細凹凸構造に比べて機械耐久性が格段に高いため、傷がつきやすい環境下でも長期間性能を維持できる、新しい機能性表面の設計につながります。そして設計条件を満たすことができれば、特別な表面構造を形成しなくても平坦表面にただ油を垂らすだけで液体を弾く表面を形成できる可能性があります。さらに分岐可能条件においては、単に液体を弾く・付着させるにとどまらない、濡れ状態を切り替え可能なスマート表面としてマイクロ流体の操作プラットフォームとしての応用が期待できます。

• 本研究は、NIMSナノアーキテクトニクス材料研究センターの天神林 瑞樹 独立研究者、高分子・バイオ材料研究センターの荒井 俊人 独立研究者からなる研究チームによって行われました。
• 本研究成果は、2026年4月2日にAdvanced Materials Interfaces誌のオンライン版にて掲載されました。