材料表面粘附行为研究获新进展

上一篇 / 下一篇  2011-05-20 14:46:44

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  近年来,疏水/疏油材料研究非常之多,但是粘附性作为材料表面物理性质的重要方面并未受到较多重视,特别是如何调控材料表面的粘附性还没有太多的实验研究。

  中国科学兰州化学物理研究所材料表面与界面行为研究组致力于材料表面粘附行为方面的研究工作,并取得了系列进展。

  该研究小组首先利用聚合物材料成功制备了拥有复杂微/纳米二元结构和深度分布的超疏水 /疏油涂层材料,通过改变疏水涂层中亲水性组分的含量实现了水滴在该表面上粘附性的调控。接着,该研究小组又利用阳极氧化法在工程材料钛表面构筑了有序二氧化钛纳米管阵列,通过紫外光照射和热处理的方法成功实现了表面水滴和油滴粘附--滑动的快速可逆转换。后来,该小组又提出了使用接枝响应性聚合物刷实现表面粘附行为可逆调控的新方法,该方法可在不同环境刺激下实现水滴在表面粘着和滑动间的可逆转换。

  针对光照射诱导对润湿性能变化的影响,该小组利用粗糙表面上的光响应涂层成功实现了水滴流动性的可逆控制。表面涂层由作为碱性憎水材料的氨基硅油和作为感光介质的嵌入式偶氮化合物构成,在可见光/紫外光照射下偶氮化合物呈现反式/顺式构象变化。当偶氮化合物呈现反式和顺式构象时,表面在湿滑状态和粘着状态间转换,然而表面的憎水性并无明显变化。

  研究人员提出润湿性能转换和滞后与分子级的表面构成紧密相关。研究人员考察了受压水滴在响应性聚合物刷修饰阳极铝上的动态润湿性能。结果表明稀释分布在表面的接枝响应聚合物没有明显改变表面的润湿性能,但导致了表面响应性润湿性能的转换和滞后性。当水滴与聚合物相互作用、成为水合物时,润湿性能可轻易从Cassie 模式转换为Wenzel模式,呈现高滞后且接触角降低。如水滴不与聚合物发生作用,水滴则处在稳定的Cassie润湿模式。该工作对理解润湿理论非常重要,对于设计智能表面,如微流体设备等,具有重要意义。

  以上研究工作在微流体无损耗运输、智能涂层、自清洁表面和密封防护等工程领域具有重要意义,研究得到了中科院“百人计划”项目、国家重点基础研究发展计划项目、国家自然科学基金和国家重点研究项目的支持。

  研究结果发表在《物理化学期刊C》(J. Phys. Chem. C)(2010, 114, 9938–9944), 《化学通讯》(Chem. Comm.)(2009, 7018–7020),《软物质》(Soft Matter)(2009, 5, 3097–3105; 2011, 7, 515–523;2011, 7, 3331–3336;)和《朗缪尔》(Langmuir)(2010, 26(14), 12377–12382)上。(来源:中科院兰州化学物理研究所 张慧玲)


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