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1、任何材料在使用過程中,都不可避免地與周圍環(huán)境相接觸,在材料的表面或界面處經(jīng)常會(huì)發(fā)生粘附其它材料或物質(zhì)的現(xiàn)象。有些界面粘附現(xiàn)象可以被利用,但有些界面粘附現(xiàn)象卻給我們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)不便,甚至是危害,需要我們采取措施進(jìn)行預(yù)防、抑制或消除,如覆冰現(xiàn)象等?,F(xiàn)代研究表明,材料表面或界面的粘附特性與其表面的微納米結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、粘附物質(zhì)以及外界環(huán)境密切相關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)材料表面粘附性能的調(diào)控,充分利用表面粘附現(xiàn)象,并抑制危害性粘附,制備具有可控粘附性
2、能的新型功能材料近年來(lái)吸引了許多科研工作者的強(qiáng)烈興趣。
來(lái)自天然動(dòng)植物的自清潔、抗粘附表面的靈感,人們通過結(jié)合微納米的多級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)以及特殊表面材料已經(jīng)成功制備出了大量的人工可控粘附,抗粘附界面材料。這類表面在自清潔涂層、抗污染或抗生物污染涂層、防覆冰涂層、減阻、微流控制、油水分離、生物工程等領(lǐng)域顯示了巨大的潛在應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步,應(yīng)用需求的多樣性,人工制備的可控粘附表面向著多功能化,智能化方向發(fā)展。然而,這些依賴于特殊的粗糙
3、結(jié)構(gòu)以及表面化學(xué)成分的涂層在制備時(shí)表現(xiàn)出了工藝的復(fù)雜性,耗時(shí),以及高成本等特點(diǎn),而且涂層弱的機(jī)械穩(wěn)定性以及差的可復(fù)制性等特點(diǎn)限制了其實(shí)踐應(yīng)用。尤其是當(dāng)前人們強(qiáng)烈關(guān)注的智能可控粘附表面的發(fā)展,一直受到各方面的阻礙,如材料的選擇與應(yīng)用,復(fù)雜的組裝過程,潤(rùn)濕狀態(tài)轉(zhuǎn)換周期長(zhǎng),刺激條件苛刻等特點(diǎn)。因此,發(fā)展性能穩(wěn)定的、復(fù)合功能的、粘附可控的人工仿生表面已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。在本文中,我們從電化學(xué)聚合方法得到的π-共軛聚合物薄膜入手來(lái)研究可控粘附表
4、面,提出了雙層電化學(xué)沉積方法,以及犧牲電沉積π-共軛聚合物薄膜模板策略,制備了電化學(xué)響應(yīng)的可逆轉(zhuǎn)換的粘附表面、多功能復(fù)合自清潔表面以及可調(diào)控細(xì)胞粘附的表面。本文的創(chuàng)新和主要研究?jī)?nèi)容包括:
1.提出了雙層電化學(xué)沉積π-共軛聚合物薄膜的方法,制備了表面形貌結(jié)構(gòu)可控、表面化學(xué)成分可調(diào)的超疏水S-PTHF薄膜。研究發(fā)現(xiàn),制備的多孔S-PTHF薄膜在電勢(shì)作用下,可以實(shí)現(xiàn)可逆的摻雜和脫摻雜。水滴在摻雜態(tài)和去摻雜態(tài)薄膜表面上表現(xiàn)出了不同的粘
5、附狀態(tài)。通過控制摻雜和脫摻雜電位,可實(shí)現(xiàn)水滴粘附在滾動(dòng)和粘滯態(tài)之間可逆轉(zhuǎn)換。
2.通過調(diào)節(jié)上層聚噻吩烷基側(cè)鏈的長(zhǎng)度,應(yīng)用雙層電化學(xué)聚合方法成功地制備了在超疏水和超親水之間潤(rùn)濕性可逆轉(zhuǎn)換的電響應(yīng)性多孔聚噻吩薄膜PEDOT-(3-MTH)。在去摻雜狀態(tài),薄膜處于超疏水狀態(tài),其WCA>150°;而在摻雜狀態(tài),薄膜處于超親水狀態(tài),其WCA~0°。
3.應(yīng)用犧牲電沉積π-聚合物薄膜模板策略來(lái)原位制備透明的、熱和機(jī)械穩(wěn)定的、超疏
6、水SiO2涂層。電化學(xué)沉積在氧化銦錫(ITO)電極上的PEDOT薄膜擁有高度多孔的納米級(jí)的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。以這種聚合物納米結(jié)構(gòu)為模板進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD) SiO2涂層。高溫退火除去PEDOT,并氟化后,涂層顯示了168.0°±1°的靜態(tài)水接觸角和<2°的低的滾動(dòng)角。研究發(fā)現(xiàn),制備的多孔納米硅涂層擁有大約92.8%的高透明性、能經(jīng)受高達(dá)400℃的耐高溫特性、可經(jīng)受高達(dá)650 kPa的耐水壓特性,甚至可抗砂粒磨損。
4.通過電化
7、學(xué)聚合,獲得了大面積具有花瓣?duì)畹某杷圮疟∧?,并展示了?qiáng)的激基締合物熒光發(fā)射特性。通過CVD方法進(jìn)一步在聚芘薄膜上涂覆一層二氧化硅涂層。氟化后,所得到的FPSH薄膜不僅表現(xiàn)為自潔的超疏水表面(靜態(tài)的水的接觸角為163°±1°,滾動(dòng)角為4°±1°),而且還理想地繼承了聚芘薄膜的優(yōu)良的藍(lán)綠色熒光性質(zhì)。
5.制備了水滴粘附可控的SSPTH薄膜。SSPTH薄膜在不同水滴粘附狀態(tài)下顯示了不同細(xì)胞吸附特性。在低粘附的SSPTH薄膜(去摻
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