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生物灵感的特殊浸润性界面,由于在人们的日常生活和工农业生产中都有着广泛的应用前景,而引起人们广泛的关注。本论文正是在这一研究背景下,致力于开发具有特殊浸润性的仿生智能纳米界面材料,以仿生为灵感,从表面化学组成和表面微纳结构两个方面入手,利用多种实验技术构筑了微纳米结构的表面,实现了对体系中微纳米结构、化学材料、界面性质的很好的控制,为这些功能纳米界面的进一步应用奠定了基础。主要内容如下:
1.利用两步电化学沉积的方法构筑了微纳复合结构的铜膜,通过进一步修饰脂肪酸单层,得到了浸润性从超亲水到超疏水可调的表面。研究表明:脂肪酸链长的改变提供了表面接触角的变化,铜膜表面的微纳复合结构进一步放大了这种变化,从而实现了表面浸润性从超亲水性到超疏水性的任意调控。
2.利用电化学沉积技术,制备了光开关的浸润性和颜色双响应的氧化钨纳米薄膜。在紫外光和黑暗交替的刺激下,该薄膜显示出超亲水与超疏水的开关性能,同时伴随着光致变色现象的发生。研究表明,光致浸润性开关和光致变色在本质上是一致的,是由钨的氧化还原性质,氧空穴和吸附的水分子的变化引起的。
3.将功能化的DNA纳米马达引入到微阵列结构的表面上,构筑了一个焓驱动的智能开关表面。在酸碱刺激下,该表面显示出了超亲水、亚稳的超疏水与稳定的超疏水三种状态之间的可逆转化。研究表明,这种宏观表面开关效应是DNA纳米马达的在纳米尺度上的三种构型转变(折叠的四链结构、展开的单链结构与刚性的双链结构)与表面微结构协调作用的结果。
4.发展了一步浸泡的方法,在金属铜与锌表面上构筑了超疏水的微纳复合结构薄膜。这种方法简单、有效、廉价,不受基底性状限制,可以大面积制备。特殊浸润性的仿生智能纳米界面的构筑及研究
研究表明,浸泡时间、溶液浓度以及脂肪酸链长对薄膜的微纳结构和浸润性的有一定的影响。这种超疏水表面显示了良好的环境稳定性。