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澳门微尼斯人娱乐化学所研制出可控超疏水与超

发布时间:2019-07-30 20:54编辑:化学科学浏览(180)

    浸润性是固体表面的重要特征之一,它是由表面的化学组成和微观几何结构决定的。但是通过外场调节控制表面浸润性的研究还未见报道。

    随着对响应性聚合物的深入研究,人们已经可以利用它们人为地控制物体表面的浸润性,使其在外界刺激下,实现超亲水到超疏水的可逆转换。目前的响应性表面只能对于单一的外场刺激做出响应,使得此类单响应浸润性材料在很多领域的应用性受到了限制。

    化学所有机固体院重点实验室功能界面材料研究组成功地通过调节“光”和“温度”,实现了纳米结构表面材料超疏水与超亲水之间的可逆转变,制备出超疏水/超亲水“开关”材料,在功能纳米界面材料研究领域取得了重要进展。这两项研究成果在基因传输、无损失液体输送、微流体、生物芯片、药物缓释等领域具有极为广阔的应用前景。

    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的研究人员成功制备出双响应可控超疏水与超亲水可逆转换材料,相关研究结果发表在近期的《先进材料》(Adv. Mater. 2006,17,432-436)。

    在热响应超疏水-超亲水可逆“开关”研究中,他们用表面引发原子转移自由基聚合方法,在基底上制备温度响应高分子聚异丙基丙烯酰胺薄膜,通过控制表面粗糙度实现了在很窄的温度范围内超亲水和超疏水性质之间的可逆转变。在低温时,羰基和胺基被水分子组合,分子间氢键是主要的驱动力;随着温度的升高,分子内氢键起了主要作用,分子链采取更为紧密的排列方式,排斥了水分子。这种界面性质的可逆开关现象是通过表面化学修饰和表面粗糙度相结合,由热诱导所导致的。该文章发表在国际权威杂志德国《应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 357)上。该杂志将这一重要成果,推选为德国《应用化学》的VIP(Very Important Paper)文章。并在封面说明中写道:“阴和阳是中国古代哲学中自然及宇宙中的两个相反的性质,该项工作正是通过外场作用将两个完全相反的性质在同一个界面上实现了可逆的转化”。这篇文章发表后马上被《科学》杂志主编推选为化学方面的亮点,并在2004年1月16日出版的《科学》杂志以《超级开关》为标题,报道了该项研究成果。

    在前期工作中,该组研究人员在紫外响应超疏水-超亲水可逆“开关”研究中,利用水热法成功制备阵列的氧化锌纳米棒,实现了其超疏水表面的浸润性由超疏水向超亲水转变(澳门微尼斯人娱乐,J. Am. Chem. Soc. 2004,126,1,62)。同时通过表面原子转移自由基聚合方法,在基底上制备温度响应高分子的可逆开关(Angew. Chem. Int. Ed. 2004,43,357),该项目已入选2004年度“中国十大科技进展新闻”。

    在紫外光响应超疏水-超亲水可逆“开关”研究中,他们利用水热法成功制备阵列的氧化锌纳米棒,并实现了其超疏水特性,其与水的接触角为150°,当表面倾斜时液滴即可滚落。该氧化锌纳米棒阵列薄膜在紫外光的照射下,其表面的浸润性由超疏水向超亲水转变,与水的接触角达到了0°,液滴在此表面迅速铺展,并渗入到阵列材料表面。将其在暗处放置一段时间后,又恢复到超疏水的状态。这样,通过光照与在暗处放置这两个过程的交替,实现了材料在超疏水与超亲水之间的可逆转变。文章在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2004,126, 1, 62)发表后,立即被《自然》杂志报道,指出由该小组制备的纳米氧化锌阵列结构薄膜具有“同时疏水/亲水”,就如同一块“纳米地毯”,这种结构所具有的超疏水特性可以使该材料具有不沾水和自清洁的作用。通过紫外光的照射,“地毯”又成为超亲水的材料,使水能够存留在粗糙的纳米结构中。

    在此基础上,该组研究人员成功制备了温度、pH值双响应可控超疏水与超亲水可逆转换薄膜,在温度、pH值的分别与同时控制下,薄膜的浸润性均可在超疏水与超亲水之间可逆转变。该工作将具有热敏性及pH值响应性的高分子同时接致在基底表面,在低温高pH值的情况下,高分子与水分子之间形成的分子间的氢键是主要驱动力,此时薄膜为超亲水状态;在高温低pH值的情况下,高分子内部的氢键是主要驱动力,此时薄膜为超疏水状态。

    “超级开关”材料的研制成功标志着化学所在功能纳米界面材料的研究上又上升到了一个新的台阶。

    该研究结果不仅解决了目前单一响应浸润性材料的应用局限性,同时还为双响应乃至多响应浸润性材料的制备提供了一个通用的方法。

    澳门微尼斯人娱乐 1PNIPAAm修饰光滑表面的热响应浸润性

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    a) 双响应材料在温度、pH值控制下超疏水与超亲水转变;b) 薄膜对于温度/pH值响应的机理

    阵列氧化锌纳米膜的SEM照片和XRD衍射图片

    b)

    (有机固体院重点实验室供稿)

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