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自然界中超疏水低粘附现象(如荷叶表面、水黾腿等)和超疏水高粘附现象(如玫瑰叶表面、壁虎腿等)引起了科研工作者广泛的兴趣和研究。目前对于特殊粘附性超疏水材料的研究主要集中在开发各种制备方法来调节疏水材料的粘附特性。本研究报告结合课题组在超疏水材料领域的研究基础,提出了利用微纳复合结构加表面化学组成调节的方法制备空气中超疏水和水下超疏油的低粘附材料,实现水滴和油滴的可控移动。此外,利用光刻蚀技术制备了超疏水高粘附的微柱阵列表面,从而实现了微小晶体/纳米线的阵列化生长。这些技术和尝试为基于特殊粘附性超疏水材料的应用提供了新的方法和思路,在微型化学反应体系中有着广阔的应用前景。本研究报告的主要内容包括:
1.利用疏水化二氧化硅纳米粒子和聚合物共混的技术,制备了在空气中超疏水低粘附的材料。由于这种技术可以在任何低表面能的基底上形成超疏水涂层,因此可以制备超疏水的“镊子”和基底。通过这种特殊镊子从基底上夹取水滴,实现了水滴的无损移动。由于这种基底对各种pH值、盐度和分散状态的水滴均能保持超疏特性,因此当含有不同化学物质的水滴通过这种技术相互融合时,就可以形成基于超疏水材料表面的微型化学反应体系的构筑。
2.利用机械力刻蚀亲水玻璃基底,从而构筑了空气中超亲水、水下超疏油的材料。利用这种材料制备超疏油的“镊子”和基底。通过这种特殊镊子从基底上夹取油滴,实现了油滴的无损移动。当含有不同化学物质的油滴通过这种技术相互融合时,就可以形成基于超疏油材料表面的微型化学反应体系的构筑。
3.利、光刻蚀技术在硅片表面制备了微柱阵列,通过氟硅烷修饰,使得制备的表面拥有超疏水高粘附的特性。当含有功能物质的水滴经过此表面后,由于每个微柱顶端的粘附效应,会固定一个微米尺度的水滴。当水分蒸发后,即在每一个微柱顶端形成一个晶体,从而构筑了微小晶体的阵列化生长。
4.利用高粘附超疏水微柱阵列表面,可以制备出大面积定向排列的聚合物纳米线阵列。当含有1%的聚乙烯醇液滴经过这种超疏水表面后,每两个相邻的微柱顶端会形成一个液桥。随着水分的蒸发,液桥会逐渐收缩,形成聚合物纳米线。我们发现:通过设计微柱的形状,如尖形,可以有效地控制纳米线的位置。纳米线总是倾向于生长在微柱突出的尖端部位。