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科技创新
我校研究生在制备机械稳定的超润湿表面研究取得新进展
2017-05-08

超润湿表面在自清洁、流体减阻、油水分离、防雾防冰等领域具有广阔应用前景,因而受到人们的广泛关注。但常规的超润湿表面机械稳定性差,难以应对实际中复杂的物理接触,因而使其应用受到极大限制。近日,我校材料科学与工程学院(生物质材料科学与技术教育部重点实验室)王成毓教授研究团队提出一种机械稳定的超润湿表面的设计思路,并依此设计制备出超亲水/水下超疏油表面和超疏水表面两种超润湿表面,两种表面均拥有优异的机械稳定性。研究成果发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》(DOI: 10.1021/acsami.7b02158)。

据论文第一作者2014级硕士研究生张文博介绍,提升超润湿涂层的耐磨性对于推进超润湿表面的实际应用具有重要的意义。当前提升超润湿表面的耐磨性主要依靠构建微纳二元涂层结构或使用商业粘合剂增强涂层与基材的粘附力来实现,但这两种方式对于超润湿涂层稳定性的提升都有限,没有从本质上解决超润湿涂层中微观结构强度差的问题。通过涂层材料和粘结技术的合理选择与搭配,团队成功制备了两种机械稳定的超润湿表面:一是以微米级二氧化硅和尼龙为涂层材料,通过新颖的胶黏剂溶胀过程将涂层固定于基底表面,从而制得超亲水/水下超疏油表面;二是以压缩的聚氨酯泡沫和纳米二氧化钛为涂层材料,通过简单的胶黏剂粘结过程将其粘接于基底表面,从而制得超疏水/水下超疏油表面。这两种表面可承受600目砂纸在24 kPa的压力下分别摩擦70厘米和1000厘米,并且没有超润湿性能的衰退,在目前文献记录中达到了最好的耐磨性。这两种表面在经过砂纸磨损时,涂层表层的粗糙结构会因磨损发生脱落,但是由于涂层具有理想的强度并且拥有连续的粗糙结构,磨损暴露出的新的表面依然维持了原有的粗糙形貌,使得涂层的超润湿性得以维持。这种“逐层脱落”的磨损机制使得制备的超润湿表面具有远高于传统超润湿表面的耐磨性能,并且磨损也能够被用来快速修复形貌受损或受污染的涂层区域,使超润湿性再生。总体而言,此工作为制备机械稳定的或具有快速自修复能力的超润湿表面提供了新的设计思路,对于系统研究超润湿表面的机械稳定性具有借鉴意义。

该研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务专项基金的支持。

 

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