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澳门微尼斯人娱乐:化学所在超疏水性皮米分界

发布时间:2019-08-06 07:49编辑:化学科学浏览(99)

    在国家自然科学基金委员会、科技部、中科院的支持下,中科院化学所有机固体院重点实验室江雷研究员与高分子物理与化学国家重点实验室杨振忠研究员合作,在功能纳米界面材料研究领域取得重要进展。他们以纳米结构阵列聚丙烯腈纤维膜为原料,通过典型的聚丙烯腈基碳纤维的制备过程,利用热解的方法 (包括预氧化及碳化过程),制备了一种在全pH值范围内具有超疏水性的纳米结构碳膜,研究表明,该碳膜具有类石墨结构,膜表面的纳米结构及类石墨结构碳纤维本身具有耐酸碱腐蚀的特性,是产生全pH范围内超疏水这一特殊性能的重要原因。以上研究结果不仅使超疏水表面的性能得到进一步的提高,也必将使它的应用范围更加广泛。该研究成果于2003年9月15日发表在国际著名期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4217)上,并得到了有关专家的高度评价。 超疏水性表面(指水在固体表面的接触角大于150°的表面)的研究发展至今,无论从制备方法、制备材料还是制备结构上都取得了重要的进展。江雷研究员所领导的研究小组曾经成功地报道了制备具有超疏水性表面的碳纳米管及聚合物纳米纤维,这些研究成果连续发表在Angew. Chem. Int. Ed. (2001, 40, 1743; 2002, 41, 1221; 2003, 42, 800)Adv. Mater. (2002, 14, 1857) 等著名期刊上,引起了国内外的广泛关注,但是,它们的应用仅限于在纯水范围内进行,在其它液体环境下,如不同pH值的腐蚀液体中,就会受到极大的限制。最近报道的纳米结构的碳膜在没有任何低表面能物质修饰时,不仅与纯水的接触角大于150º,而且与腐蚀性液体酸及碱的接触角也大于150º。即,纳米结构碳膜在全pH范围内都具有超疏水的性质。由于纳米结构碳膜这种特殊的性能,将使其在基因传输、无损失液体输送、微流体等方面具有更广阔的应用前景。

    向自然学习,从自然中获得灵感和解决问题的思路,是现代科学研究的重要途径之一。中国科学院院长路甬祥在10月20日下午对化学所创新工程三期现场考核和评估时再次强调了向自然学习的重要性。

    澳门微尼斯人娱乐 1碳膜表面的SEM图; 不同pH值的液滴在碳膜表面的形貌图 pH = 7.08; c) pH = 1.07; d) pH = 13.76

    化学所有机固体院重点实验室江雷研究员领导的课题组,近几年来一直致力于仿生纳米界面材料的研究工作,并取得系列研究成果,最近应邀在《化学研究报导》 (Acc. Chem. Res. 2005, 38, 644) 杂志上发表综述文章,该文以“Bioinspired Surfaces with Special Wettability”为题,全面系统地介绍了该小组的工作,表明该研究小组在国际上占有一席之地。

    (有机固体院重点实验室供稿)

    该课题组从具有特殊表面性能的生物体出发,选择几种典型的生物体表面进行重点研究,揭示了生物表面特殊浸润性的机理:

    通过对荷叶表面结构的研究,发现其表面的微米/纳米结构与表面植物蜡的协同作用是引起自清洁性的关键 (Adv. Mater. 2002, 14, 1857);

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    荷叶出淤泥而不染的特点是其表面具有超疏水性质引起的,这种超疏水的性质是荷叶表面的微米/纳米复合结构与其表面的植物蜡所产生的共同作用的结果。右图为荷叶表面微观结构的电镜照片。

    通过对水稻叶表面存在液滴滚动的各向异性的机理研究,发现该现象是由于其表面微/纳米结构的定向排列的结果(Adv. Mater. 2002, 14, 1857);

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    由于表面微米级结构的取向排列,水滴在水稻叶表面会呈现各向异性的流动趋势。左图为水滴在水稻叶表面的各向异性照片;右图为水稻叶表面的微观结构电镜照片。

    通过对水黾的腿部微结构的研究,揭示了水黾稳定的水上运动特性是源于特殊的微/纳米结构和油脂的协同效应 (Nature 2004, 432, 36)。

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    一种常见的生活在池塘、河流和溪水表面的昆虫-水黾为何能毫不费力地站在水面上,并能快速地移动和跳跃?通过对其腿部微观结构的观察,我们发现水黾的这种优异的水上特性是利用其腿部特殊的微纳米结构与其表面油脂的协同效应实现的。上图是水黾腿部的微观结构电镜照片。

    受到以上研究结果的启发,研究人员仿生制备了多种各具特色的特殊浸润性界面:

    在开拓新材料领域方面:制备出具有超双疏 性质的阵列碳纳米管薄膜 (Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1743);制备出不需要任何昂贵低表面能物质 (如:有机氟及有机硅) 修饰就可以显示超疏水性质的聚合物薄膜 (Angew. Chem. Int. Ed, 2002, 41, 1221); 首次利用双亲性聚合物制备超疏水性薄膜(Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 800)。

    在新性能拓展方面:与化学所杨振忠研究员合作,制备了在广泛pH值范围内超疏水纳米结构碳膜(Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4217);采用静电喷涂技术制备出具有超疏水/超亲油性的油水分离网膜 (Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 2012)。

    在规模化制备方面:采用电纺技术制备由纳米纤维 “捆绑”的多孔微球类荷叶状结构仿生超疏水聚合物荷叶薄膜 (Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 4338);仿照水稻微米结构排列方式制备出三维各向异性的碳纳米管微结构阵列 (J. Am. Chem. Soc. 2004, 125, 14996);与化学所徐坚研究员合作采用一步涂敷法,成功制备了具有类似于荷叶的微米/纳米复合多级结构的超双疏聚合物涂层 (Adv. Mater. 2004, 16, 302);模拟蝉翅膀表面的微观结构制备了超疏水聚合物纳米柱膜 (ChemPhysChem 2004, 5, 750);仿照壁虎脚底刚毛结构制备具有高粘附力的超疏水聚苯乙烯薄膜 (澳门微尼斯人娱乐,Adv. Mater. 2005, 17, 1977)(Nature, 2004, 432,36)。

    在智能可控方面:在外场可控超疏水与超亲水可逆“开关”材料的研制上取得了重要的研究成果,实现了光响应 (J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 62) 及热响应 (Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 357) 的超疏水—超亲水可逆“开关”材料,该研究被评选为2004年度中国十大科技进展新闻,并分别被NatureScience杂志进行了报道。

    以上材料体系的研制,实现了学习自然、模仿自然的过程,发展了仿生纳米界面材料的新领域。

    有机固体院重点实验室

    2005年11月1日

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