形状记忆各向异性超润滑表面的制备及其性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanyanlong
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近年来,受猪笼草启发的超润滑表面凭借其优异的排斥液体能力、低接触角迟滞、良好的稳定性等性能,在抗结冰、防腐蚀、水滴收集等领域发挥了重要作用。尤其是各向异性超润滑表面在液滴定向运输领域展现出了广阔的应用前景。但是,目前各向异性超润滑表面通常是由具有固定不对称物理结构的基底材料构筑而成的,其只能维持在一个恒定的各向异性程度和各向异性方向,限制了其在一些复杂智能设备中的应用。因此,本论文基于形状记忆聚合物(SMP),结合其它的响应方式,制备出了一系列具有不同特性的形状记忆各向异性超润滑表面,并展示了其在智能液滴运动操控领域的应用。主要研究内容如下:基于多重仿生策略的启发,通过将润滑剂注入到形状记忆微阵列表面,制备出了形状记忆超润滑表面,并对其表面结构以及形状记忆性能进行了测试分析。经过微沟槽模板热压后,该表面展现出了各向异性的滑动性能。当柱间距为10μm、柱高为30μm以及微沟槽宽度为380μm时,样品所展现的各向异性滑动性能最显著。随后,经加热形状回复后,样品的表面结构恢复到了原始的随机分布状态,表现出了各向同性的滑动性能。基于该表面优异的形状记忆效应(SME),其表面上的微结构可以在随机均匀分布状态和规则排列的微沟槽状态之间可逆地切换,从而可以实现各向同性与各向异性滑动的可逆转换。机理分析表明,表面微观结构的可逆转变源于分子链构象的转变,各向同性滑动性能源于任意滑动方向上无明显的能垒差异,各向异性的滑动性能源于微沟槽结构引起了两个方向上能垒的差异。基于其优异的SME,该表面成功地被应用于了可编辑的液滴运动平台。通过结合响应性润滑剂和可调控表面微结构,将固/液相态可转换的温度响应型润滑剂注入到SMP微阵列表面制备出了润滑剂可控形状记忆超润滑表面,并探究了其表面形貌以及形状记忆性能。随着温度在25℃和45℃之间的可逆调节,该表面上的润滑剂可以在固态和液态之间可逆的转变,从而可以实现液滴运动的启停控制。聚合物优异的SME赋予了该表面上能够多次可逆地引入和消除线型结构图案,线型图案的构筑导致了各向异性滑动,从而可以实现液滴的定向运动。基于响应性润滑剂和形状记忆微结构的协同作用,该表面成功地被应用于了可同时实现液滴运动启停控制和可编辑定向运动的智能液滴运动操控平台。通过将磁响应粒子和SMP复合,制备出了磁致变形SMP微结构表面,随后将硅油注入到磁致变形SMP微结构表面,得到了磁致变形形状记忆超润滑表面,并详细地探究了其表面形貌以及形状记忆性能。通过形状记忆性能构筑出微凸起拱形结构后,该表面表现出了各向异性的滑动性能。当构筑出的微凸起拱形结构高度为1250μm时,样品表现出最佳的各向异性滑动性能,此时各向异性滑动角差值约为51°。基于其优异的SME,微凸起拱形结构可以可逆地构筑和消除,从而该表面可以实现各向异性滑动性能的智能调控。通过将磁场效应与形状记忆效应相结合,所制备的超润滑表面既实现了表面微结构非接触变形调控,同时又避免了表面结构变形对外场的持续依赖。
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