具有特殊浸润性的仿生智能化表面的设计与制备

摘要

智能材料是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。本文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:通过对荷叶表面微观结构的研究，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;对水稻叶片表面微观结构的观察，说明表面微观结构的定向排列影响水滴的运动趋势;揭示水龟的稳定水上运动特性源于它腿部特殊的微/纳米结构和油脂的协同效应。受到以上研究结果的启发，仿生制备具有纳米和微米结构的一维纳米材料，实现一维纳米材料的构筑，研究其超疏水和超双疏的仿生性质;并成功制备了可控超疏水/超亲水可逆“开关”，即利用热响应性高分子和阵列氧化锌纳米结构分别实现了温度和紫外光控制下超亲水和超疏水之间的可逆转换。特殊浸润性材料的应用研究:利用模板挤压法成功地将高分子材料，尤其是亲水性的高分子，制备成超疏水性纳米阵列薄膜;制备纳米结构碳膜，在全pH值范围内具有超疏水性质;以管状多孔氧化铝为模板，实现大规模制备仿蝉翼的柱状超疏水高分子阵列薄膜;仿生制备聚合物超疏水类荷叶结构;将超疏水与超亲油这两个特殊的浸润性质相结合，制备了超亲油和超疏水兼具的网膜，实现了油水的分离。