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工程材料表面的潤濕及其調控

2015-07-23 20:51:00   評論:0 點擊:

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項目名稱: 工程材料表面的潤濕及其調控
項目簡介:   材料大多通過表界面與外界環境發生相互作用,材料表面液體的潤濕行為是材料與環境相互作用的前提,如濕氣在表面的潤濕粘附滯留是金屬腐蝕破壞的首要步驟;疏油管道內壁的結蠟起因于親油粘附;發生在我國多省份的冰災是由于冰在電力、道路、交通工具等表面的累積等等,這些現實問題都與界面的潤濕相關,很多問題至今仍然難于找到解決方案。另一方面,自然界的生物體在長期進化過程中形成了自身獨特的潤濕性,如荷葉的超疏水自清潔功能、蜘蛛絲和仙人掌的集水功能等,已完全適應了所生存的環境,可為以上問題的解決提供借鑒的方案。
本項目以仿生思想為設計理念,以國家需求為研究導向,在認識自然和工程材料表面仿生設計制備的過程中凝練基本科學問題,在工程材料表面潤濕粘附調控、微納米結構構筑和化學組成改性等方面做出了有重要國際影響的工作,發展了特殊潤濕性界面材料技術,克服了傳統方法成本高、難于大規模工程應用的缺陷,為特殊潤濕材料的工程應用提供了理論基礎和技術支持。研究揭示了自然表面特殊潤濕性的原理,首次提出了“超疏水工程材料”的概念。依據自然仿生原理,發展了在多種工程材料如鈦、鋁、銅、鐵等及其合金表面制備超疏水、超疏油表面的方法。國際上首次制備了表面多孔型納米管陣列膜,并針對不同的金屬及合金工程材料,發展了一系列創新性的、適合工程化的表面微納米結構設計調控方法。通過結構設計,實現了微納米結構的可控構筑,并使研究方法獲得了普適性推廣,并進一步設計構筑了潤濕性可多次調控的自修復表面、界面材料可逆粘附轉換表面以及潤濕性可逆響應性變化的涂層。將微接觸印刷與表面引發聚合相結合,在國際上首次制備了多元化聚合物刷圖案,并綜合利用單分子組裝、多巴胺化學和表面接枝聚合物刷修飾等手段,建立了對各種工程材料表面化學改性并調控其潤濕性的新方法。提出了特殊潤濕工程涂層設計制備的普適性原則。通過構筑組分梯度分布涂層,解決了低表面能引起的界面結合力差等瓶頸問題,為特殊潤濕工程材料邁向工業化應用奠定了堅實的基礎,并與多家企業建立了合作關系,開發相應防污減阻涂層、表面自清潔和潤滑防護材料技術。
該研究屬于工程材料領域的國際前沿,部分研究成果引領了材料表面特殊潤濕處理及其調控領域的研究方向,引起了國際同行的高度關注和認可。本項目提出的仿生設計特殊潤濕工程材料的思想具有重要的基礎科學價值;同時項目組建立了具有特殊潤濕功能的工程材料體系,發展了自主知識產權的材料與技術,為工程材料表面的應用奠定了堅實的基礎。

 
產權單位(人): 中科院蘭州化學物理研究所周峰

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