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化学所在微液滴聚并行为研究方面取得新进展,

发布时间:2019-07-15 21:14编辑:化学科学浏览(103)

    研究固体表面上的微液滴的生长聚并行为在防雾/冰/霜、微流体以及喷墨打印和印刷等领域具有重要的理论意义和应用价值。近年来,固体表面液滴的浸润行为的研究取得了长足的进展,但对于微小液滴在固体表面的动态生长与聚并行为的研究尚待深入。

    在中国科学院、国家自然科学基金委和科技部的支持下,化学所有机固体院重点实验室研究人员研究了特定温度下,液滴在高温固体表面发生的浸润/去浸润转变现象,并对相关机理进行了阐述,相关研究结果发表在近期的《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 5311-5314)上并被选为封面论文和very important paper做了专门介绍。

    在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下,化学所新材料实验室的科研人员针对固体表面微液滴浸润与可控聚并的动态行为进行了深入研究,取得了系列进展。他们以微水滴为液体介质,研究了微水滴对表面浸润性的影响 (Appl. Phys. Lett.2011, 98, 093118),表面微观结构与浸润性对微液滴的形成与凝固的影响(Soft Matter 2010, 6, 2396-2399; Langmuir, 2012, 28, 10749-10754; Soft Matter 2012, 8, 8285-8288),并设计出超疏微水滴的材料(Soft Matter 2011, 7, 3993-4000; Soft Matter 2012, 8, 2690-2683;Chem. Commun. 2013, 49, 4516-4518)。研究成果曾被英国《New Scientist》杂志作为亮点报道(21 May 2010, issue 2761)

    高温固液界面的浸润行为不仅对基础研究具有重要的科学意义,也在实际生活和工业生产中拥有广泛的应用价值。研究人员发现:对于浸润性为亲水性、疏水性和超亲水性的粗糙结构表面,当表面温度升高到某一特定温度,水滴在滴到固体表面时会发生由浸润铺展到去浸润弹起的转变。且液滴弹起温度会随着表面粗糙度的改变而规律性变化。特别提出的是,由于超疏水性的表面在微纳米空隙中有一层准连续的气膜,导致水滴在表面温度较低时即会因轻微的热扰动滚走,因而不会发生上述转变。研究人员建立了高温表面固液浸润的理论模型,对不同浸润性表面在高温下对水滴的浸润行为的机理进行了解释。

    在此研究基础上,研究人员通过控制材料表面微结构与化学组成,制备了一种具有微纳复合多级结构的多孔表面:孔内吸附亲水性材料,孔表面经疏水化处理后具有超疏水性。这种表面可以有效地控制微液滴在表面上的位置、微液滴在表面上的浸润性转变以及聚并融合行为,并建立了微液滴在表面的浸润性转变的理论模型,为调控表面微液滴行为提供了材料设计的依据。该研究结果发表在近日出版的Adv. Mater.(2013, 25, 2291-2295)上。

    这些结果有助于优化设计新型、高效、节能的固液传热材料体系,为增强锅炉、热交换机等的工作效率,提高控温严格的热交换设备的安全性与稳定性等提供了新的思路。

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    微纳复合多级多孔超疏水/亲水表面微水滴行为

    有机固体院重点实验室

    新材料实验室

    2011年6月7日

    2013年5月7日

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