自修复形状记忆微/纳米结构超疏水表面

近年来,超疏水表面因其在自清洁,抗腐蚀,油水分离及液滴输运等方面的应用引起了人们的广泛关注。研究发现,赋予表面超疏水特征的两个重要因素为其表面微/纳米等级结构与低表面能化学组成,通过有机结合这两个因素,即可以制备出多种多样的具有超疏水特征的表面。但是,在实际应用中,这两个因素(表面微/纳米结构与低表面能化学组成)往往容易遭到破坏从而最终使表面失去其超疏水特征,如紫外光的照射容易引起低表面能组分的分解,摩擦挤压等容易引起表面微/纳米结构的坍塌。为了克服这些问题,研究人员提出了具有自修复功能超疏水表面的制备。尽管目前已有大量研究基于在表面微纳米结构中储存低表面能分子,利用低表面能分子自动释放过程已经实现了具有自修复功能超疏水表面的制备。但是,这些研究仅仅能够对损坏的低表面能组成进行修复,对损坏的表面微/纳米结构难以展现自修复功能,更不用说实现对损坏的表面微纳米结构及低表面能组成同时自我修复。

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近期,哈尔滨工业大学成中军副教授和刘宇艳教授等人以双酚A型二缩水甘油醚环氧树脂(DGEBA), 间苯二甲胺(MXDA), 和辛胺(OA)为主要原料,通过模板复制法在基材表面固化制备得到了形状记忆微/纳米结构。在所制备的表面上,大量的空气能够进入微/纳米结构中,水滴只能与表面纳米结构相接触,因此表面呈现出了低黏附特征的超疏水性。研究发现,所制备的表面具有较为独特的自修复功能。当表面在外力挤压下其微/纳米结构发生坍塌,同时表面由低黏附超疏水性变为高黏附疏水性,由于材料具有形状记忆功能,通过简单的热处理过程,表面坍塌的微/纳米结构及其低黏附超疏水特征即可得到恢复,展现了表面在微/纳米结构方面的独特的自修复功能。此外,同样的热处理过程还能够使等离子处理过的表面由超亲水恢复到原始的超疏水状态,表明其在表面化学组成方面也有较好的自修复功能。这一研究实现了对表面微/纳米结构及化学组成都具有自修复功能超疏水表面的制备,有效克服了目前自修复超疏水表面研究方面的缺陷,相关成果发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201503402)。

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