《仿生超疏水石墨烯薄膜黏附性智慧型調控表面構建機理》是依託吉林大學，由劉燕擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：仿生超疏水石墨烯薄膜黏附性智慧型調控表面構建機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉燕
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超疏水表面黏附性決定了液固界面的動態行為，怎樣進行黏附力的調控？甚至於黏附力的可逆智慧型調控，是目前超疏水表面研究面臨的新問題。本研究基於工程仿生原理，以拓展金屬超疏水表面功能為宗旨，在金屬基體如Cu、Ni、Al等構建石墨烯薄膜，進而以石墨烯薄膜為載體構築半導體ZnO/TiO2納米結構表面，實現多組分材料協同有序構建，使該表面實現光回響下的黏附性智慧型調控，並在光電性能上拓展。本項目的研究內容包括：1、金屬基石墨烯薄膜的構建機理；2、仿生超疏水黏附性可控表面的形成機制；3、黏附性智慧型調控的驅動原理；4、基於仿生超疏水功能的光電性能拓展研究。通過本項目研究，將不同物理化學性質的功能組分以協同有序的形式整合到一個整體，開發多功能智慧型調控仿生表面，是一個開拓性的研究。本項目旨在切實地解決金屬基超疏水界面材料智慧型調控問題，並形成一些初步的基礎理論與關鍵技術，為發展新型的超疏水智慧型界面材料提供依據。
結題摘要
近年來水資源枯竭已逐漸成為人類面臨的嚴重環境問題。而經億萬年的發展進化，諸多生物通過獨特的方式來獲取水分，為集水裝置的製備提供參照。然而，傳統材料和加工方法成本較高、加工工藝複雜、表面穩定性較差，難以實現大面積生產，限制其廣泛套用。基於以上原因，耦合多種生物原型，以聚二甲基矽氧烷（PDMS）和石墨烯（G）為原材料，結合簡單的浸漬塗布法、雷射刻蝕和機械切割，分別製備了一維仿生纖維絲、尖端梯度潤濕表面、網狀梯度潤濕表面和輻射狀梯度潤濕表面，並且深入研究了不同潤濕表面的集水性能、浸潤性調控機制及液滴定向輸運行為。此外，還在鋁合金基底成功製備疏水耐腐石墨烯塗層表面。具體開展如下工作： （1）受蜘蛛絲紡錘結的啟發，選用PDMS和石墨烯材料製備一系列仿生纖維絲。通過調控表面浸潤性實現液滴運動行為的控制，研究幾何形狀對液滴懸掛能力和集水效率的影響。 （2）受仙人掌倒刺結構和沙漠甲蟲背部非均勻潤濕圖案的啟發，結合PDMS和G通過雷射刻蝕和機械切割設計具有尖端結構的仿生表面，微小液滴在梯度潤濕力驅動下向尖端形狀的親水性區域運動。 （3）以銅網為基底製備了一種特殊的仿生混合潤濕表面。通過雷射刻蝕在純銅網上沉積的PDMS/G膜，然後進行超聲振動，這樣就成功製備包含有疏水區和超疏水區的混合潤濕表面。 （4）結合雷射刻蝕和機械切割技術設計PDMS輻射圖案化表面。結果表明，幾何結構和親疏面積比的協同作用增強集水性能。發現經雷射刻蝕的PDMS膜具有Janus雙層膜的特徵能夠實現油驅動回響。 （5）鋁合金表面製備疏水石墨烯塗層。一是化學還原氧化石墨烯，並結合旋塗技術在鋁合金基底上製備薄膜，接觸角高達153.7°。二是藉助CVD設備，以銅箔為襯底沉積單層石墨烯，結合PMMA轉移技術將單層石墨烯轉移到經車床加工後的鋁合金基底。
