贻贝仿生化学作为一种新兴的改性技术为表面科学注入新活力,广泛应用于生物、能源、环境等众多前沿学科,其中以多巴胺为代表的表面修饰技术已经成为该领域的新宠。然而,传统聚多巴胺沉积技术仍存在以下问题:沉积时间长、涂层均匀性欠佳、涂层稳定性差、黏附力与沉积机理不清和同质化的应用设计。基于上述问题,本文发展了聚多巴胺的快速沉积技术,采用AFM和表面力仪技术揭示了聚多巴胺的黏附力和沉积机理,并利用聚多巴胺的特性设计了各具特色的功能化表面。具体研究内容如下:发展了 CuSO4/H2O2诱导聚多巴胺的快速沉积技术,沉积速度高达45±2nm/h,是目前最快的沉积速度;相比传统的聚多巴胺沉积技术,快速沉积技术制备的涂层更加均匀,具有纳米级的孔道结构,并且涂层在强酸、强碱和有机溶剂条件下的稳定性得到极大提高,可以进一步拓宽涂层应用范围。发展了 AFM二氧化硅微球探针技术测量聚多巴胺涂层与不同亲疏水表面在水中的相互作用力,并结合热力学相互作用自由能的计算,揭示了聚多巴胺的沉积机理;利用表面力仪技术原位表征了聚多巴胺沉积过程中的黏附力变化,系统比较了多巴胺衍生物(儿茶酚、多巴、去肾上腺素、肾上腺素)黏附力的差异,并结合密度泛函理论计算了电子密度和吸附能,表明聚多巴胺拥有强黏附力的主要原因是分子结构中含有伯胺官能团和更多的吲哚结构,形成强而多的阳离子-π相互作用力。利用快速沉积技术制备聚多巴胺涂层,结合不同尺度基底的结构特性,发展多样化的功能:在硅片表面可以构建高折射率、均匀的聚多巴胺涂层,并首次呈现出绚丽的结构色;在聚丙烯腈超滤膜表面能够制备纳米孔道的聚多巴胺薄膜,表现出优异的水相和有机相纳滤性能;聚多巴胺涂层可以对聚丙烯微孔膜实现亲水化改性,并赋予其抗菌功能;利用聚多巴胺作为中间层,可以在聚丙烯无纺布表面原位诱导生成β-FeOOH,制备具有催化功能的有机-无机杂化膜,表现出优秀的光催化降解染料性能,并能够组装成光催化膜反应器;利用聚多巴胺优秀的光热转换能力,赋予密胺海绵自加热功能,自加热功能有效降低原油的粘度并增加其流动性,极大提高疏水海绵对原油的吸附容量,还可以装配成“自加热吸油器”实现连续化处理水面上的高粘度原油。