• 搜索:  
    Nature封面:“鎧甲勇士”助超疏水表面走向應用
    2020-06-04  來源:中國聚合物網

      6月3日,Nature正式刊發了電子科技大學鄧旭教授團隊和芬蘭阿爾托大學Robin H. A. Ras教授的研究成果“Design of robust superhydrophobic surfaces”,并被選為當期封面。該工作提出去耦合機制將表面浸潤性和機械穩定性拆分至兩種不同的結構尺度,通過在兩個結構尺度上分別進行最優設計,為超疏水表面創造出具有優良機械穩定性的微結構鎧甲,解決了超疏水表面機械穩定性不足的關鍵問題。該工作第一作者為電子科技大學基礎與前沿研究院博士生王德輝,這是電子科技大學首次以第一單位在Nature上發表研究成果,標志著電子科技大學在材料表面科學研究域取得了重大突破。合作者包括:芬蘭阿爾托大學Quan Zhou教授、電子科技大學陳龍泉教授朱順鵬教授、北京理工大學周天豐教授、香港城市大學王鉆開教授、布魯克納米表面研究中心Fan-Yen Lin博士、漢能光伏何博博士等。



      仿生荷葉的超疏水材料由于其獨特的固-液界面性質,在表面自清潔、生物防污、防水抗結冰、流體減阻以及傳熱傳質等領域展現出了巨大的應用潛力,隨之又發展出了一系列如超親水、超疏油等超浸潤系統理論。以江雷院士團隊,David Quéré教授團隊等為代表的國內外廣大研究群體在固液界面材料研究領域建立了堅實的理論和應用基礎,并取得了豐碩的研究成果。


      一般情況下,材料表面實現超疏水性需要借助微/納米粗糙結構和低表面能截留空氣并托起液滴,實現Cassie-Baxter態的同時創造低的固-液接觸。然而,微/納米粗糙結構在機械載荷下會產生極高的局部壓強,使其易碎易磨損。此外,磨損會暴露底層材料,改變表面的局部化學性質使其從疏水性變成親水性,導致水滴釘扎。長期以來,人們認為表面的機械穩定性和超疏水性是相互排斥的兩個特性,正所謂“魚和熊掌,不可兼得”。因此,如何保證在擁有良好超疏水性能的同時,又能實現較強的機械穩定性,是當前超疏水材料面對實際應用亟待解決的關鍵難題


      鎧甲化超疏水表面具有優良的機械穩定性,可耐受刀片、螺絲刀、砂紙、鋼絲球等磨損;玻璃鎧甲化表面集成了超疏水性、機械穩定性、高透光率等性能。


    微結構鎧甲的設計。圖片來源:Nature


      通常,減少固-液接觸是增強表面超疏水性的常用手段,根據Cassie-Baxter方程,固-液接觸面積的減小,有利于提高表觀接觸角和降低滾動角。但由于接觸面積的降低,必然導致微/納結構承受更高的局部壓強,從而更易磨損,這就意味著超疏水性和機械穩定性在提高一種性能時必然導致另一種性能下降。該論文基于全新思路,首次通過去耦合機制將超疏水性和機械穩定性拆分至兩種不同的結構尺度,并提出微結構“鎧甲”保護超疏水納米材料免遭摩擦磨損的概念。結合浸潤性理論和機械力學原理分析得出微結構設計原則,利用光刻、冷/熱壓等微細加工技術將裝甲結構制備于硅片、陶瓷、金屬、玻璃等普適性基材表面,與超疏水納米材料復合構建出具有優良機械穩定性的鎧甲化超疏水表面。


    鎧甲化超疏水表面展現出優秀的機械穩定性。圖片來源:Nature


      該工作在集成高強度機械穩定性、耐化學腐蝕和熱降解、抗高速射流沖擊和抗冷凝失效等綜合性能的同時,還實現了玻璃鎧甲化表面的高透光率,為該表面應用于自清潔車用玻璃、太陽能電池蓋板、建筑玻璃幕墻創造了必要條件。研究人員將該表面應用于太陽能電池蓋板,實現了表面依靠冷凝液滴清除塵埃顆粒的自清潔方式,為少雨地區,提供自清潔太陽能電池的解決方案。基于玻璃裝甲化表面的自清潔技術可巧妙地利用雨或霧滴消除粉塵、鳥類糞便等污染,長期維持太陽能電池高效的能量轉換,并節省傳統清潔過程中必需的淡水資源和勞動力成本。該論文創新的設計思路和通用的制造策略展示了鎧甲化超疏表面非凡的應用潛力,必將進一步推動超疏水表面進入廣泛的實際應用。


    高透光率的玻璃鎧甲化超疏水表面應用于自清潔太陽能電池板。圖片來源:Nature


      論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2331-8

    版權與免責聲明:本網頁的內容由中國聚合物網收集互聯網上發布的信息整理獲得。目的在于傳遞信息及分享,并不意味著贊同其觀點或證實其真實性,也不構成其他建議。僅提供交流平臺,不為其版權負責。如涉及侵權,請聯系我們及時修改或刪除。郵箱:info@polymer.cn。未經本網同意不得全文轉載、摘編或利用其它方式使用上述作品。
    (責任編輯:xu)
    】【打印】【關閉

    誠邀關注高分子科技

    更多>>最新資訊
    更多>>科教新聞
    在线aav片线 - 视频 - 在线观看 - 影视资讯 - 爱赏网