兰州化物所仿生材料表面微纳米结构三维优化获进展

发布时间：2015-06-17 09:55 原文链接：兰州化物所仿生材料表面微纳米结构三维优化获进展

　　将仿生学与纳米科学相结合，开展用于摩擦学领域的仿生结构、功能及结构-功能一体化材料的研究，可在基础科学和应用技术之间架起一座桥梁，从而为摩擦学领域所使用的新型结构、功能及结构功能一体化材料的设计、制备和性能研究提供新概念、新原理和新方法。自然界中很多动植物表面都具有稳定的超疏水性，它们既拥有高接触角，又拥有低滚动角，还能长期稳定存在。

　　中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室仿生摩擦学材料团队将理论、数值和实验研究相结合，在仿生材料表面微纳米结构的三维优化设计方面开展了系统的研究工作。他们从表面微纳米结构的尺寸、几何形状和多级结构以及本征接触角等参数出发，利用经典理论和热力学研究了不同微纳米结构表面非复合与复合润湿状态转换理论判据和复合状态的稳定性，建立了自由能和接触角以及自由能垒和接触角滞后的关系，系统地分析了微纳米结构几何表面、本征接触角与表面润湿性，尤其是与接触角滞后的直接联系(J. Colloid Interface Sci,2014, 436, 19-28)。

　　在实用仿生超疏水性表面的制备中，表面粗糙度至关重要。针对此，该团队分析了半圆和抛物状微结构润湿系统的自由能及其能垒的二维模型，计算了此结构的各种接触角和滞后角。利用此模型，他们还分析了化学本征接触角、液滴尺寸、环境振动能等因素的影响，比较了不同微纳米结构表面各向异性润湿行为。上述工作发表后得到了同行的认可(RSC Adv, 2015,5, 8446-8454； J. Colloid Interface Sci, 2015,453, 142-150 )。

　　另外，该团队在理论研究的基础上，基于成熟的物理化学方法制备了所设计的微纳结构，考察了该结构在水下的超疏油pH可控粘附润湿特性(ACS Appl. Mater. Interfaces,2015,7(19), 10641–10649)。

　　上述研究工作得到了国家自然科学基金项目（11172301, 21203217）和中科院“百人计划”的支持。