《仿貽貝自修復型超疏水材料及油水分離套用》是依託哈爾濱工業大學，由潘欽敏擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：仿貽貝自修復型超疏水材料及油水分離套用
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：潘欽敏
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自修復型仿生界面材料是多學科研究的熱點之一，其關鍵在於探索自修復的新原理及相關結構。貽貝粘附蛋白可通過兒茶酚基團與金屬離子形成可逆的有機-金屬絡合物而具備良好的自修復能力。受此啟發，本課題擬採用兒茶酚基團將Fe3O4納米粒子、聚多巴胺、聚醚矽氧烷共聚物組裝成具有自修復功能的仿生超疏水膜。通過分子設計和聚集態結構調控，在疏水性仿生膜中形成納米凝膠區域，促進區域內兒茶酚基團與納米粒子表面Fe3+發生配體交換，從而導致自修復過程的發生。在此基礎上，進一步引入溫敏性聚N-異丙基丙烯醯胺鏈段，實現油/水混合物的可控分離和仿生膜的循環利用。本研究將從新的視角闡明自修復發生的多尺度結構特徵及調控機制，有望為自修復型超疏水材料的設計提供另一種思路，同時也探索了仿生和環境刺激回響性高分子在油水分離領域的潛在套用。
結題摘要
超疏水表面的耐久性是該領域的重要課題和關鍵挑戰之一，而引入自修復功能是解決該問題的有效方法。受貽貝黏附蛋白啟發，本項目設計並製備出一種具有自修復功能的仿生超疏水表面。首先通過分子設計，在聚甲基矽氧烷和多糖（如殼聚糖和海藻酸鈉）分子骨架上引入兒茶酚基團。進而在鐵離子作用下，通過形成Fe3+/兒茶酚配位鍵將上述高分子與Fe3O4、TiO2等納米材料組裝成三維多孔複合材料。通過控制高分子組成、分子鏈聚集態結構和納米材料的微觀結構，獲得具有自修復功能的超疏水表面，其接觸角大於150度，滾動角小於5度。 當超疏水材料被物理破壞（如刮劃、切斷）後，可通過不同pH值溶液浸潤破損處和70度熱處理，實現材料的巨觀形狀、微觀結構、力學性能和浸潤性的自動恢復，該自修復過程可重複至少6次。研究發現材料的自修復機理在於兒茶酚-Fe動態配位鍵的pH依賴特性。經不同pH溶液處理後的超疏水膜中形成“納米凝膠”區域，並誘導鐵離子與兒茶酚發生三配位/二配位的配體交換反應，促進破損處的多尺度微觀結構的重建，從而恢復超疏水特性。當材料被氧電漿刻蝕後，其浸潤性變為親水性，但可通過加熱恢復超疏水特性，該親水/疏水智慧型轉換可循環6次以上。利用該可逆轉換功能可實現油/水混合物的可控分離和材料的循環利用。在此基礎上，研究發現兒茶酚-Fe動態配位鍵具有溫度依賴性，可通過電熱方式實現破損材料的宏微觀結構、力學性和超疏水特性的快速恢復。 本項目從仿生視角闡明自修復發生的多尺度結構特徵及調控機制，研究結果有望為自修復型超疏水材料的設計提供另一種思路，同時也探索了仿生智慧型高分子材料在油/水分離領域的套用前景。本項目資助的研究工作已在國際刊物發表學術論文17篇。
