仿生超滑表面的微/纳化构筑及超润湿行为研究

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受荷叶表面微观结构和成分的启发,科研人员制备出超疏水表面,该表面表现出优异地抗水润湿性能,主要归因于在固液界面间形成一个稳定的气层结构。然而,这种气囊结构处于亚稳态,超疏水表面在高温、高压及其他物理损坏下容易失效,因此寻找高稳定性的疏水表面具有重要意义。基于仿生学原理,科研人员通过研究猪笼草口缘区的超滑行为,在微/纳米结构基底中注入低表面能的润滑液,合成出一种液体注入的多孔超滑表面。该表面具有出色的低粘附、防结冰、自愈合等特性,得到广泛关注。由于液态润滑液的特性,此类表面的稳定性还需提高。此外,目前还未有针对低共熔溶剂型离子液体的低粘附表面的研究,此研究将会减少粘稠离子液体的转移损失和实现微小液体操控。针对上述问题,本研究开展了超滑表面的微纳化构筑研究,获得高稳定性的疏水超滑表面和疏低共熔溶剂型离子液体(DESs)的表面,并对上述表面的结构和性能进行了细致分析。本文主要的研究内容和结果如下:(1)针对传统超疏水表面的稳定性差,不疏热水等问题,本研究制备出疏水型离子液体注入的超滑表面。首先利用水热法和表面修饰获得超疏水性纳米结构(Ni,Co)-(CO3)0.5(OH)0.11H2O简称为NiCo-NCA,然后将离子液体1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐注入疏水的NiCo-NCA基底中成功制备出超滑表面。水滴在240℃高温处理后的超滑表面上,其滑动角仍保持6±2℃,而超疏水表面则已失效。并且,热水(~95℃)以及冷凝水滴在超滑表面均能轻易滑落,其自愈合能力使得其可以在物理损伤以及外部冲击下迅速恢复其非润湿性。(2)低共熔溶剂在材料制备、化工合成、制药等领域应用广泛。但由于其粘度大,称量转移过程中会产生较大损耗以及存在污染等。针对这一问题,本研究借鉴超疏水表面制备方法,合成出具有超疏低共熔溶剂的表面(Ag-CuF/M)。利用化学置换沉积,在泡沫铜基体上制备了枝晶银结构,通过后续低表面能物质修饰,该材料表现出优异的疏低共熔溶剂的特性。研究表明:六种具有不同表面张力的DESs及其衍生溶液在Ag-CuF/M表面上的接触角均大于150°,滑动角均低于5 °。该超疏表面在120 ℃高温或外部冲击下仍能保持优异的超疏性能。此外,研究发现超疏低共熔溶剂表面可以显著延迟DES冻结并有效降低DES冻结后在表面上的粘附强度。利用这一特性,此类表面可用于检测DESs微小液滴(约2 μl)的密度。
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