分子刷接枝的新型各向异性滑动界面用于定向流体运输及自清洁
时间:19/12/15

液体和气泡等流体的定向输送和收集,在自然界和人类生产生活的诸多方面都发挥着举足轻重的作用:水稻叶、猪笼草、蝴蝶翅膀、水蜘蛛和豚鱼等,通过自身表面微结构实现了它们定向积水、捕食、自清洁、水中结网和水下疏油等生存技能;工业生产中的油水定向分离、微流体装置、能量转换系统以及电极界面上的气泡运输等同样离不开流体的定向传输。近年来,以超疏水、超润滑界面为代表的各向异性界面陆续被开发,应用于微流控、积雾、气体收集等领域,显示出独特优势。而在实际应用中,对此类界面的耐久性和广泛适用性提出更高要求。针对超疏水界面存在的气垫层不稳定、对低表面能液体易失效,和超润滑界面存在的润滑剂易挥发或随界面接触/液滴运动而损耗的问题,北京航空航天大学衡利苹点击查看介绍团队制备了一种更为稳定、适用性强的分子刷接枝的新型各向异性滑动界面用于定向流体运输及自清洁


这种新型各向异性界面是将纳米级别的聚二甲基硅氧烷分子刷的一端通过共价键接枝到带有定向微槽的表面,而另一端仍可通过链旋转和弯曲移动来维持界面良好的滑动性。该表面对于空气中的水、甘油、二甲基亚砜等不同表面张力(37.7 ~ 72.8 mN m-1)的液滴和水下气泡均表现出良好的各向异性滑动行为,出色的稳定性亦使其在空气中/水下存储240天后仍保持良好滑动性基本不变。

图1. 分子刷接枝的各向异性滑动界面示意图


图2.分子刷接枝的各向异/同性滑动界面上的流体定向传输对比


该界面对不同表面张力液滴的广泛适用性,使其在各向异性自清洁领域独具应用价值:一方面,不同于超润滑界面,分子刷界面上的污染物不会因与界面直接接触而被润滑层溶解或置换;另一方面,通过选取合适的液滴作为去除剂,能够轻松实现对各种不同亲疏水性及易黏附性灰尘颗粒的各向异性自清洁。同时,该界面增强的气泡存储能力、良好的滑动性也可实现稳定的水下定向气体收集,在流体定向运输、微流控、方向性减阻、防污等领域具有广阔的应用前景。

图3. 不同液滴、污染物在界面上的各向异性自清洁效果


这一成果近期发表在Advanced Functional Materials 上,文章的第一作者是北京航空航天大学博士研究生王璇王祖彬


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Stable Omniphobic Anisotropic Covalently Grafted Slippery Surfaces for Directional Transportation of Drops and Bubbles

Xuan Wang, Zubin Wang, Liping Heng, Lei Jiang

Adv. Funct. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adfm.201902686


导师介绍

衡利苹

https://www.x-mol.com/university/faculty/19063


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