仿贻贝黏附高分子的研究进展

贻贝具有极强的水下黏附能力,其分泌的黏附蛋白能够黏附在包括聚四氟乙烯（PTFE）在内的几乎所有基底材料上。贻贝不受水或者潮湿环境影响的特殊黏附性能有望指导制备新型水下黏附剂,因而引起了研究人员极大的关注。受贻贝水下黏附机理的启发,通过模仿贻贝黏附蛋白分子结构,研究人员设计制备了多种具有强黏附功能的高分子并探索了相关应用...     

仿生微纳米纤维黏附材料

自然界中功能与结构相统一的生物材料是人类社会创新的灵感源泉。在众多具有优异性能的生物材料中,具有特殊黏附性能的生物微纳米纤维一直是仿生研究领域的热点之一。生物微纳米纤维黏附现象是自然界中存在的一类奇特的现象,众多具有特殊黏附性质和功能的生物微纳米纤维材料在生物运动、防御和猎物捕获等方面都具有重要的作用。生物微纳米纤维黏附主要包括纤维尖端的黏附和表面的黏附,如壁虎脚刚毛尖端的黏附和蜘蛛丝表面的黏附。研究表明生物微纳米纤维黏附作用主要来源于其特殊的微纳米结构和表面性质。受自然界中具有特殊黏附性能的生物微纳米纤维启发,人们设计和开发了众多性能优异的仿生微纳米纤维黏附材料。微纳米纤维黏附材料在干态粘胶、高效集水和空气过滤等领域都具有重要的应用价值。本文综述了壁虎脚刚毛、蜘蛛丝等生物微纳米纤维的黏附机理及其相应仿生材料的研究进展,并对该领域未来的发展方向作了展望。     

摩擦化学的主要研究领域及其发展趋势

本文从摩擦过程中表面产生的化学效应、干摩擦及油润滑状态下的摩擦化学三个方面评述了摩擦化学的研究内容和进展; 介绍了摩擦化学在材料制备中的应用及摩擦化学的研究方法; 对摩擦化学研究中存在的问题及其发展趋势进行了讨论。     

仿生沉积法制备水下低气体黏附透明材料

透明材料常用于水下设备中,而聚合物透明材料多较为疏水,在水下易黏附气泡,影响其光学性能.利用多巴胺(DA)和聚乙烯亚胺(PEI)共沉积技术,在多种透明聚合物材料表面构建了亲水/水下超疏气涂层.结果表明,聚多巴胺(PDA)与PEI可通过Michael加成或Schiff碱反应在此类材料表面形成亲水交联网络,显著提高其表面亲水性.表现为水接触角显著降低,而水下气接触角显著提高(140?),气泡在材料表面的黏附力显著下降.沉积时间在6 h以下时,XPS和椭圆偏振测试的结果表明,虽然所选用的透明材料表面沉积量和沉积厚度随时间有所上升,但其透光性不会受到显著影响.该方法具有较强的普适性,可用于多种水下气体黏附性较强的透明高分子材料,如聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)等.同时,该方法形成的涂层的长期稳定性也较好,材料在水中浸泡振荡10天之后仍能保持较好的抗气泡黏附能力.该方法适用于如潜水艇舷窗、护目镜、水下光学镜头及其防护罩等水下设备中.     

花生叶表面的高黏附超疏水特性研究及其仿生制备

花生是一种常见的豆科作物.与低黏附超疏水的荷叶不同,花生叶表面同时具有超疏水和高黏附特性.水滴在花生叶表面的接触角为151±2°,显示出超疏水特性.此外,水滴可以牢固地附着在花生叶表面,将花生叶翻转90°甚至180°,水滴均不会从表面滚落,显示了良好的黏附性(黏附力超过80μN).研究发现,花生叶表面呈现微纳米多级结构,丘陵状微米结构表面具有无规则排列的纳米结构.花生叶表面特殊的微纳米多尺度结构是其表面呈现高黏附超疏水特性的关键因素.结合实验数据,对花生叶表面特殊浸润性机理进行了简要阐述.受此启发,利用聚二甲基硅氧烷复形得到了与花生叶表面微结构类似的高黏附疏水表面.本文以期为仿生制备高黏附超疏水表面提供新思路.     

仿壁虎和贻贝黏附材料

自然界中的动物和植物经过45亿年长期的进化使其结构与功能达到近乎完美的程度,实现了结构与功能的统一。黏附材料在生物医学、建筑等领域都具有重要的应用价值。受自然界中具有优异黏附特性的生物材料启发(如壁虎、贻贝等),国内外许多课题组相继开展了仿生黏附材料的研究。根据黏附机理的不同,黏附材料大致可分为可逆黏附和永久黏附两大类。壁虎的可逆黏附是基于其脚趾多尺度微纳结构与接触面间的范德华力,贻贝的永久黏附则源自其分泌的黏附蛋白。本文就壁虎、贻贝及其他生物黏附材料的黏附机理及其相应仿生黏附材料的国内外研究现状进行简要的综述,并对该领域未来的发展方向作了展望。     

仿生螺旋结构微马达研究进展

微型马达是对传统马达系统的功能拓展和有益补充,在污水处理、环境监测修复、靶向手术和药物输送等方面拥有潜在应用前景。在流体环境中,高效率驱动性能是微型马达面临的重要挑战。依据理论和研究实践,人们普遍选择仿生螺旋结构作为马达的微驱动策略,并取得诸多新进展。本文从螺旋结构驱动的理论研究、螺旋微结构制备方法、螺旋马达的驱动机制和应用基础研究等几个方面系统性综述了该领域近年的进展情况。最后提出了当前研究中亟待解决的科学问题并展望了未来重点研究方向。     

基于贻贝仿生化学的分离功能材料

贻贝仿生的表面化学是近年来材料学、化学、生物医学等领域的交叉研究热点。多巴胺可以作为贻贝足丝蛋白(Mfp)超强黏附特性的模型分子,通过复杂的氧化-自聚和组装,形成多种功能的聚多巴胺(PDA)纳米涂层和纳米粒子,在分离膜、吸附材料、生物医用材料、生物黏结剂等领域有着广阔的应用前景。本研究小组近年来持续开展了基于贻贝仿生化学的分离功能材料制备与结构调控的研究工作,率先将多巴胺表面沉积方法应用于多孔分离膜表面的构建与功能化,提出了多巴胺的自聚-沉积过程模型,进而验证了PDA沉积层的纳滤分离特性,建立了一条简单方便的膜表面功能化与纳滤膜制备新途径。本文主要对基于贻贝仿生化学的分离功能材料,特别是分离膜的研究进展进行综述,并对将来的发展趋势进行展望。     

含多巴胺的贻贝仿生聚氨酯

将具有神奇黏附效果的贻贝黏附蛋白中的功能元——儿茶酚(catechol)与具有结构可设计、简单易得、低成本的聚氨酯相结合,制备新型高性能的贻贝仿生聚氨酯黏附材料.首先,通过异氰酸酯化学合成了含羧基的聚氨酯,接着通过碳二亚胺化学将含有儿茶酚功能团的多巴胺(dopamine)和含羧基的聚氨酯相结合制备了含多巴胺的聚氨酯.经过傅立叶转换红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)和紫外-可见分光光度仪(UV-Vis)等分析测试研究结果表明,多巴胺确实已被引入到聚氨酯中;同时,通过测试搭接剪切强度研究了其粘接性能,结果表明含多巴胺的聚氨酯相对于含羧基的聚氨酯的粘接性能得到大幅提高,其对金属基材的粘接强度提高了30%左右,达到5.2MPa,可以与贻贝黏附蛋白相媲美.     

仿生高分子的研究进展

本文介绍了近年来结构仿生高分子材料和功能仿生高分子材料方面的研究进展,介绍了生物材料的多级有序结构、智能水凝胶、仿荷叶表面、高分子在细胞培养和生物矿化等方面的研究结果,探讨了这一领域的可能发展方向.     

稀土/MoSi2复合材料的干摩擦磨损性能

运用M－2型摩擦磨损试验机测定了不同载荷条件下稀土／MoSi2复合材料与45钢配对件的干摩擦磨损性能，采用SEM观察了摩擦副表面的形貌和X射线分析了磨屑相组成，并探讨了其磨损机制。结果表明：稀土／MoSi2和MoSi2与45钢干摩擦时，在负荷不超过150N的范围内，其摩擦系数μ和磨损率W与负荷p间较好地满足关系式：W（或μ）＝a bp cp^2 p^3 ep^4，两种均具有优异的耐磨性能，在80－120N范围，稀土／MoSi2复合材料的磨损率比纯MoSi2材料的至少降低了65％；稀土／MoSi2材料的磨损机制主要是粘着磨损。     

PD3和PD3RE重轨钢的性能、组织等分布形貌及内耗

对PD3和中间包加少量稀土的PD3RE重轨钢的连铸坯和产品轨进行了硬度和组织的Profile观测.发现加稀土减小钢坯硬度分布的波动幅度,有效减消280mm×380 mm连铸坯心部的低性能区(在PD3RE铸坯上甚至未测出低硬度区);在仅含0.016%P的PD3钢坯里观测到Fe-P(C)共晶组织,而加稀土可完全抑制这种组织;还发现,PD3RE钢轨表层区出现很明显的硬化,这种硬化是珠光体细化引起的.测量轨腰样品的内耗表明,加稀土除了减小轨腰的内应力和增加铁素体中的固溶C之外,还增强了钢轨表层的渗氮倾向.     

Dynamic Study of Deformation and Adhesion of an Amorphous Polyethylene/Graphene Interface: A Simulation Study

In this paper, molecular dynamics tensile simulations of an amorphous polyethylene/graphene (PE/G) interface are carried out to investigate its adhesion strength. The effect of PE chain length and number and functionalization of G surface on the tensile behavior and interfacial adhesion is studied. The results show that the adhesion strength enhances with increasing chain length and number of the PE chains. In addition, the functionalization of G surface causes an increase in the adhesion strength comparing to unfunctionalized G due to deformation of a larger volume of the PE chains relying on the functionalized G. The contribution of bond length, bond angle, torsional potentials, and nonbonded energy is estimated as a function of interface elongation to clarify the deformation mechanisms within different tensile regions. The energy partitioning results indicate that the elastic, yield, and early postyielding regions are mostly controlled by the nonbonded interactions. However, the dihedral motions of the chains in addition to nonbonded interactions show a significant role in the disentanglement region, a part of postyielding and separation region. Furthermore, the simulation results exhibit how the internal mechanism associated with density profile, chain entanglements, and ordering can be evolved with increasing the interface elongation.