以砂纸为模板制作聚合物超疏水表面

报道了一种聚合物材料超疏水表面的简便制备方法. 以不同型号的金相砂纸为模板, 通过浇注成型或热压成型技术, 在聚合物表面形成不同粗糙度的结构. 接触角实验结果证明, 聚合物表面与水的接触角随着所用砂纸模板粗糙度的增加而加大, 其中粒度号为W7和W5砂纸制作的表面与水的接触角可超过150°, 显示出超疏水性质. 多种聚合物使用砂纸为模均可制备不同粗糙度及超疏水的表面, 本征接触角对复制表面浸润性的影响从Wenzel态到Cassie态而变小. 扫描电镜结果表明, 不规则形状的砂纸磨料颗粒构成了超疏水所需要的微纳米结构的模板.     

光响应性超疏水偶氮苯自组装多层膜的制备及性质研究

近年来,偶氮苯类化合物的光学顺反异构现象已引起人们的广泛关注[1~7].在紫外光照射下,偶氮苯由反式结构转变为顺式结构,引起分子的偶极矩发生变化,导致分子的吸收光谱、尺寸及表面能等均发生变化[7].偶氮苯表面能的改变可引起其表面浸润性发生变化.据文献[1~4]报道,偶氮苯膜在紫外光照射前后接触角最大改变了11°.浸润性是固体表面的一个重要特性,主要受固体表面的化学组成和微观几何结构(粗糙度)影响[8~11].通常,与水的接触角大于150°的表面称为超疏水表面;而与水的接触角小于5°的表面称为超亲水表面.本文以2-(4-偶氮苯基苯氧基)丙烯酸…     

光响应超分子聚合物

超分子聚合物是超分子化学、高分子化学和材料化学领域的研究热点.将光响应的功能基团以非共价作用构筑到超分子聚合物体系中,得到光响应型超分子聚合物,从而能够将超分子聚合物的独特性质与光化学反应的优势有效地结合起来,从而构筑新型的光功能材料.本文总结了近年来本课题组有关光响应超分子聚合物方面的研究工作:介绍了主链型的光响应超分子聚合物的光调控组装和解离,超分子聚合物和共价聚合物的光控可逆切换和光调控组装形貌;另外还举例介绍了具有自修复和室温磷光发射等功能的侧链型光响应超分子聚合物,并对刺激-响应的超分子聚合物领域的发展做了展望.     

光响应形变液晶聚合物的结构与应用

液晶聚合物能够在外界刺激下发生形状变化,是一类重要的柔性智能材料。其中液晶有序排列的改变诱导材料的宏观形变。光响应聚合物具有可远程操作、易于控制等特点,在刺激响应性聚合物的设计中受到了广泛关注。将具有光响应性的基团引入到液晶聚合物体系中,可以得到一系列具有重要应用前景的光致形变材料。本文综述了近年来光响应形变液晶聚合物的研究进展,总结了光响应液晶聚合物的分子设计与响应原理,包括光致异构化响应型、光致生热响应型和多重刺激响应型;介绍了光响应液晶聚合物柔性执行器在仿生功能、能量转换和柔性机器人等领域的应用;展望了未来的研究方向与应用前景。     

刺激响应型功能聚合物的合成及应用

刺激响应型聚合物是一类功能性聚合物,它在药物控制释放、基因载体、纳米粒子以及纳米反应器等众多领域具有广阔的应用前景,因此引起了越来越多科学工作者的关注。刺激响应型聚合物多为双亲性聚合物,可通过自组装的方式得到形态各异的聚集体,如胶束、囊泡等。在受到某些外界环境刺激时,它们会产生特异性响应,尤其是功能性聚合物嵌段会发生相应的变化,从而引起整个聚合物结构的相转变和体积相转变。根据环境刺激种类的不同,刺激响应型聚合物可以分成不同类型,本文主要介绍了pH、温度、光、分子、电化学和手性等响应型聚合物,并概括了它们的结构特点以及不同的合成方法,简单说明了它们具有刺激响应功能的作用机理,阐述了结构与性能的联系。另外,还介绍了它们的潜在应用,并对此类聚合物的发展前景作了展望。     

蚊子体表面的微纳米结构与浸润性

通过光学显微镜及自行设计的接触角测试系统研究了成蚊体表面(如翅膀、 复眼)的浸润行为, 发现了不同的体表面由于不同的生物功能而具有不同的超疏水特性. 通过扫描电子显微镜检测成蚊翅膀和复眼表面, 揭示了分布在成蚊体表面上的不同的微观结构形貌, 另外, 微米结构表面上还包含了纳米结构是其体表面微观结构的共同属性. 因此, 微纳米等级结构与浸润性之间存在重要的依赖关系.     

复合粒子涂膜表面疏水性能分形评价

采用接枝法和非均相乳液聚合与溶胶-凝胶法相结合技术,制备了不同形状的复合粒子,经低表面能的物质修饰后,其涂膜表面具有超疏水性。采用分形理论对涂膜表面疏水性进行评价,用分形维数表征涂膜表面微观形貌与疏水性能之间的关系,结果表明对于粗糙结构表面,分形维数较粗糙度因子能更好地反映表面形貌对水接触角的影响。     

玫瑰花花瓣微观结构与水滴黏附性质的关系

利用环境扫描电镜(ESEM)分别观察了新鲜、枯萎的玫瑰花花瓣正、反两面的微观形貌,并通过测量样品的表观接触角表征了其浸润性,采用高敏感性微电力学天平测试了样品表面的粘附力,分析了玫瑰花花瓣微观结构与水滴粘附性质的关系.实验结果表明,微米结构主要影响玫瑰花花瓣的超疏水性,而纳米结构则是导致玫瑰花花瓣具有高粘附力的关键原因.     

微纳结构超疏水表面的浸润性分析及设计

微纳复合结构超疏水表面在防污、流动减阻、防冰等领域具有广阔的应用前景，超疏水表面主要通过设计表面化学性质和微观几何结构来获得.合理设计保持表面润湿态的稳定性是其性能发挥的关键.以"液滴-超疏水表面"系统为研究对象，基于最小能原理分析了四种稳定润湿形态，指出影响润湿状态的本征接触角和微观结构参数（相对柱距、相对柱高）.推导了本征接触角的计算公式并对常见材料的本征接触角进行了讨论.结合四种润湿态方程，绘制了随着相对柱距和相对柱高的润湿云图，并将润湿云图归纳为"一点三线六区四状态".分析了相对柱距和相对柱高对浸润状态的影响，结果表明较大的本征接触角、较小的相对柱距和较大的相对柱高能够减小浸润状态发生转变的临界参数，从而拓展超疏水表面的区域范围，有利于超疏水表面的稳定性.利用文献数据验证了上述润湿云图能够准确反映出润湿形态.在上述工作基础之上总结提炼了超疏水表面设计的一般思路.研究结果可为超疏水表面的设计提供理论依据和技术基础.     

电响应聚合物薄膜的表面图案化

由于图案化的功能表面在制备微流体器件和生物芯片等方面具有巨大应用潜力而备受关注,表面图案化的方法很多，如微接触印刷、光刻蚀和电子束刻蚀等等,聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基磺酸（PAMPS）是一种电响应聚合物，在电场的作用下其体积能发生大幅度的变化，我们曾经报道通过带偏压的原子力针尖对PAMPS薄膜的微观浸润性进行调控,本文采用预先结构化的电极对薄膜施加电场，实现了其表面性质的图案化控制，对制备新型聚合物微器件具有重要意义。     

微液滴在仿蛛丝结构TiO_2纤维表面的定向运动与粘附

制备了具有响应性的仿蛛丝周期纺锤节TiO2纤维。通过改变纤维表面微观结构、紫外光照和超声波等手段,仿蛛丝结构TiO2纤维表面浸润性会发生响应性变化。纤维表面的这种浸润性变化,不仅实现了水滴从纺锤节两端到中心处的定向运动,而且可以使得水滴被纤维纺锤节粘附。当仿蛛丝结构TiO2纤维表面为亲水状态时,无论纺锤节光滑还是粗糙,水都是从纺锤节两端向中心方向运动;当仿蛛丝结构TiO2纤维表面疏水时,水滴会被具有粗糙表面的纺锤节两端粘附。     

界面超分子化学与响应性功能表面

超分子化学和界面的结合有效地促进了超分子化学和胶体与界面科学的发展。刺激响应性超分子界面,因在外界刺激作用下能够引起界面物理化学性质的改变并带来新的界面功能,而受到广泛的关注。近年来,溶液中基于偶氮苯 环糊精主客体相互作用的超分子组装体已经得到了广泛的研究。我们将溶液中基于偶氮苯环糊精主客体作用的可控可逆超分子组装体转移到界面上,构筑了具有刺激响应性的功能化超分子界面,并实现了表面浸润性的可逆调控、生物大分子的可控吸附与脱附、光可控的生物电化学催化等功能。我们期待类似的概念可以拓展到其他超分子体系,构筑具有特定结构的功能界面。     

刺激响应型聚合物刷的研究进展

本文综述了刺激响应型聚合物刷的研究进展,阐述了刺激响应型聚合物刷的分类、与基体表面的连接方式以及常规制备方法,介绍了离子强度、温度、pH值、光、溶剂等刺激响应型聚合物刷及其研究现状,并对相应的刺激响应机理进行了探讨。此外,本文还综述了多重刺激响应型聚合物刷的制备设计思路及其刺激响应特性,概述了聚合物刷在响应外界刺激后对基体的弯曲作用以及利用该作用进行可控三维自组装,并对刺激响应型聚合物刷的应用前景进行了展望。     

一维纳米纤维构筑的导电聚合物三维结构及其可控的浸润性

微/纳米结构的导电聚合物由于具有高导电性、易合成以及优异的环境稳定性从而在许多先进的研究领域备受关注,并有望在分子导线、化学和生物传感器、发光器件等领域获得广泛应用。 特别是,复杂的三维自组装结构在获得高性能和功能化的材料方面提供了巨大的潜在应用价值。本文主要介绍了我们利用胶束的软模板和自组装驱动力的协同效应,实现由一维纳米结构组装的三维微米结构导电聚合物方面的研究进展。该制备技巧在于低表面自由能的含氟有机酸具有软模板、掺杂剂、自组装驱动力,以及诱导超疏水性的多重作用实现导电聚合物三维结构的组装和多功能化。介绍了利用环境湿度调整分子的自组装驱动力,实现导电聚合物由一维纳米结构向三维微米结构的组装。此外,还介绍了利用导电聚合物可逆的化学掺杂/脱掺杂机制,实现导电聚合物表面浸润性的可逆转化。最后介绍了在液/液/固三相体系中,通过外加电场刺激,可实现油滴在导电聚合物表面的浸润性和黏附力的控制。     

亲水性形状记忆环氧树脂制备及表面浸润性调控

采用聚乙二醇(PEG)对间苯二甲胺(MXDA)固化的TDE-85环氧树脂体系进行改性,制备了亲水性形状记忆环氧树脂,结合微形貌构筑和热响应方式对树脂表面浸润性进行智能调控.结果表明,PEG的引入有效地增加了TDE-85环氧树脂的亲水性.PEG的最佳含量为20%(质量分数)时,树脂表面的接触角为54°,实现了环氧树脂从原始TDE-85/MXDA固化体系表面的疏水性(接触角为108°)到TDE-85/MXDA/PEG固化体系表面亲水性的转变;改性后树脂的玻璃化转变温度Tg为71℃,形状固定率和回复率分别为96.10%和99.97%,表明得到的树脂具有良好的形状记忆性能.进一步采用模板法在树脂表面构筑了微阵列结构,基于形状记忆效应,通过对表面微阵列形态的控制,实现了环氧树脂表面介于亲水性(接触角为51°)与超亲水性(接触角为0°)间的可逆浸润性智能调控.     

热处理对超疏水性含氟丙烯酸酯共聚物膜表面性能的影响

以微乳液聚合法和溶液聚合法制备丙烯酸全氟烷基乙基酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物, 以1,1,2-三氟三氯乙烷为溶剂, 采用溶剂挥发成膜法直接制备出超疏水膜, 并研究120 ℃热处理对超疏水膜表面性能的影响. 对于用乳液聚合方法制备的超疏水膜, 随着热处理时间的延长, 滚动角表现出先逐渐增大直至完全不能滚动, 然后重新回复到极小滚动角的特殊变化过程, 而静态接触角只是略微减小, 完全不同于热处理对平滑的含氟聚合物表面接触角的影响. 扫描电镜结果显示, 聚合物膜表面形貌对应出现从微/纳复合粗糙结构到微孔粗化并重新形成微/纳复合多层粗糙结构的变化.     

刺激响应聚合物在生物医药中的应用

刺激响应聚合物是一类能够根据外界环境变化,如p H、离子、温度、光等刺激而改变自身物理化学性质的功能性聚合物。近年来,刺激响应聚合物由于其独特的刺激-响应功能性,在疾病诊断、药物递送、传感器等领域具有广泛的应用。根据不同刺激类型,刺激响应聚合物有不同分类。本文根据化学刺激、物理刺激及生物刺激三方面,综述了刺激响应聚合物的合成方法及其响应机理,并对这类功能材料的应用前景进行了展望。     

生物分子响应性高分子材料

在智能高分子材料中,生物分子响应性高分子能够在糖类、多肽和酶等生物分子的刺激下发生宏观性质(如:体积、表面浸润性和硬度等)的大幅转变。生物分子响应性聚合物材料包括水凝胶、共聚物膜等类型,一般通过与生物分子间的氢键、分子间作用力等弱相互作用实现响应过程,在组织工程、功能材料、生物传感、药物可控释放等领域有广泛应用前景,吸引了大量科研人员的关注。与传统外源性刺激(温度、pH、光等)相比,生物分子作为刺激源的智能高分子材料具有更好的靶向性和生物相容性,能满足生物医用材料在人体内的应用,可以作为开发新一代精准药物的靶向释放平台。本文分别对糖类、蛋白、酶和DNA四类生物分子响应性高分子材料的结构设计、响应机制及相关应用进行概述,并对生物分子响应性高分子的发展方向作了展望。     

水黾多腿并排表面的疏水性能

通过体视显微镜、 扫描电子显微镜、 傅里叶变换红外光谱对水黾腿表面的形态、 结构和成分进行了定性定量研究, 采用视频光学接触角测量仪以及Cassie模型对水黾多腿并排的表面润湿性能进行了测量与分析. 结果表明, 水黾腿表面均匀分布有刚毛, 刚毛表面有螺旋状沟壑; 水黾多腿并排后的表面接触角达(152.9±1.0)°, 表明该表面具有超疏水性; Cassie模型计算结果表明, 水黾多腿并排后的超疏水性是其腿部表面有机物质和表面微观结构耦合作用的结果, 并排测量方式对其影响较小.     

pH响应性表面对蛋白质吸附的调控

通过表面引发原子转移自由基聚合在固定了引发剂的硅表面接枝了聚甲基丙烯酸叔丁酯(PtBMA),而后通过水解得到聚甲基丙烯酸(PMAA)聚合物刷.通过X射线光电子能谱、椭圆偏振仪和水接触角测试证明了接枝改性的成功.研究发现PMAA改性表面的浸润性和对蛋白质的吸附行为都具有一定的pH响应性.在较低pH值时改性表面相对疏水,随...