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化学所在仿生制备粘附可控表面领域取得新进展

发布时间:2019-07-15 21:15编辑:化学科学浏览(122)

    通过设计抗油粘附表面实现水相设备的抗油污染,对于科学研究及生产生活都具有巨大的意义,是当今材料领域面对的巨大挑战。

    在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和化学所的支持下,化学所有机固体院重点实验室的研究人员受在水环境中不沾油的贝壳启发,仿生制备了一种新型的在水下对油超低粘附的高能无机表面,相关研究发表在近期的《先进材料》(Adv. Mater. 2012, 24, 3401-3405)上并被WILEY-VCH选为表面与界面领域的热点话题进行报道。

    在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和化学所的支持下,化学所有机固体院重点实验室的研究人员利用在水下对油具有超低粘附的高能无机材料设计制备了一种微型器件“油黾”,该器件能在油水界面自由漂浮而不受油的污染,相关研究成果发表在近期ACS Nano (ACS Nano 2012, 澳门微尼斯人娱乐,6, 5614-5620)上,并被ACS C&EN (chemical & engineering news) 进行题为“Insect-Inspired Device Skates Between Oil And Water”的新闻报道。

    向自然学习,利用仿生原理设计和制备粘附可控的表面材料,是表/界面领域及功能界面材料领域的前沿性课题。研究人员发现,短文蛤壳内表面的外套膜覆盖区域在水下对油具有超低粘附的特性,该特性主要源于贝壳的高能无机组分碳酸钙及该区域的表面微纳复合结构。受此启发,通过用简单的氨水腐蚀法,研究人员在铜片基底上制备了在水下对油超低粘附的高能无机氧化铜表面。通过改变腐蚀时间,可以控制氧化铜表面微纳复合结构的粗糙度,从而调节油滴在该表面的粘附力大小。这一功能表面也可以拓展到其它的无机材料体系,为水下不粘油工程金属表面的设计与制备提供了思路,在水相设备抗油污、原油泄漏清理等方面具有潜在应用前景。

    研究人员用简单的碱腐蚀方法,制备了粗糙的氧化铜层包覆的、在水下对油具有超低粘附性质的铜丝。受在水上自由运动的水黾的漂浮原理启发,并模拟其腿部构造,研究人员利用制备的铜丝作为“腿”设计制备了能在油水界面自由漂浮的“油黾”器件。铜丝表面的氧化铜层及氧化铜层的表面微纳复合结构,使铜丝在油水界面上受到巨大的水下超疏油力的支撑,并且使铜丝对油具有超低粘附特性,从而使得“油黾”能漂浮在水下油表面而免受油污染。研究人员经过系统的实验,分析了该超疏油力的主要影响因素,并建立了相关的理论模型。这一人造“油黾”的设计为制备新颖的水下抗油污表面及微型器件提供了途径,将能对目前频繁发生的原油泄露事故中的原油清理及设备抗油污等方面提供帮助。同时,该研究也对减阻材料、水下油井、输油管道等材料设备的设计提供了新的思路。

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    短文蛤壳内表面外套膜覆盖区域在水下具有独特的对油超低粘附特性

    自由漂浮在油水界面、免受油污染的微型器件“油黾”

    有机固体院重点实验室

    有机固体院重点实验室

    2012年8月28日

    2012年8月31日

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