防冰材料研究进展及其在风电领域的应用展望

新型防冰材料在风力发电领域具有非常广泛的应用前景。风机叶片表面的覆冰现象通常与冰的成核和冰生长两个因素息息相关。本文总结了本课题组在防冰材料方面的研究进展，包括抑制冰成核、防止冰生长、降低冰粘附力以及在低温与高湿等极端环境下具有光热除冰性能的防冰涂层。防冰材料技术的进步势必极大促进风电行业的发展，对我国的经济转型和能源结构调整具有重要意义。     

层状高分子刷表面及其生物医用

表面改性是赋予生物医用材料表面所需功能和性能的最佳途径之一.高分子刷改性表面具有制备简单、表面化学可控、耐久性和稳定性好等优点,近年来发展迅猛.其中,层状高分子刷表面引起了人们极大的研究兴趣.层状高分子刷将不同接枝链段构建在不同空间层上,不仅接枝链段间密度和功能相互干扰小,而且通过结构和组成设计,协同利用不同高分子刷层在温度、溶剂、pH等外界环境下的响应差异,能获得单层高分子刷很难实现的生物自适应性.本文系统地概述了层状高分子刷的构建方法、表面结构与性能关系,结合本课题组的相关研究工作,综述了层状高分子刷在生物医用领域的研究进展,最后展望了层状高分子刷医用表面的发展前景和趋势.     

均匀电场对冰晶结构及生长的影响（英文）

采用分子动力学模拟方法研究了强度为4.0-40.0 V·nm-1的均匀电场对过冷水冰晶结构和冰晶生长速率的影响.文中通过CHILL算法来识别不同的冰相结构,通过拟合Avrami公式来得到冰晶生长所需的特征时间.结果表明,在所施加的电场强度范围内生成的冰相以立方冰为主.随着电场强度的增加,形成的立方冰的变形程度逐渐增大,冰晶的密度从0.98 g·cm-3增加到1.08 g·cm-3,同时冰晶生长的特征时间从5.153 ns减小到0.254 ns,冰晶生长的速率逐渐增长.对水分子的动力学分析表明,冰晶生长速率增加的部分原因是电场能够促进水分子运动到形成冰晶所需要的取向.此外,对冰相分子形成过程的分析表明缺陷冰分子在冰晶的生长过程中扮演着中间态的角色.随电场强度的增加,由缺陷冰转变为立方冰的比例增长的速率逐渐提高.     

仿生多微纳米梯度界面的液滴动态行为调控

对液滴在界面上动态行为的研究是化学和材料领域的一个重要方向,许多先进的表面和界面技术,比如集水、防覆冰、防雾、微流体控制和传热等,均属于这一范畴.通过模仿自然界中具有特殊微纳米结构和特定化学组成的生物表面,设计并构筑相应具有特殊浸润性的仿生界面,对仿生界面材料的技术应用起到了良好的先导与示范作用.本文结合本课题组的研究...     

均匀电场对冰晶结构及生长的影响

采用分子动力学模拟方法研究了强度为4.0-40.0 V·nm^-1的均匀电场对过冷水冰晶结构和冰晶生长速率的影响. 文中通过CHILL 算法来识别不同的冰相结构,通过拟合Avrami 公式来得到冰晶生长所需的特征时间. 结果表明,在所施加的电场强度范围内生成的冰相以立方冰为主. 随着电场强度的增加,形成的立方冰的变形程度逐渐增大,冰晶的密度从0.98 g·cm^-3 增加到1.08 g·cm^-3,同时冰晶生长的特征时间从5.153 ns 减小到0.254 ns,冰晶生长的速率逐渐增长. 对水分子的动力学分析表明,冰晶生长速率增加的部分原因是电场能够促进水分子运动到形成冰晶所需要的取向. 此外,对冰相分子形成过程的分析表明缺陷冰分子在冰晶的生长过程中扮演着中间态的角色. 随电场强度的增加,由缺陷冰转变为立方冰的比例增长的速率逐渐提高.     

防覆冰涂层构建机理及制备

航空、通信、电力和运输设备的覆冰现象给人们的生产、生活带来许多不便,甚至引起重大经济损失,防覆冰涂层主要通过材料表面特殊物理化学性能与微相形貌来实现抗冰目的,这类材料需要兼具防结冰性和疏冰性,从延长结冰时间和降低冰的附着力两方面来减轻甚至消除冰雪积聚,是目前研究的热点。本文从防覆冰机理入手,深入探讨了防结冰性和疏冰性的影响因素,阐述了防覆冰涂层材料的设计与制备方面的最新进展,并对防覆冰涂层目前存在的问题与发展方向进行了分析和展望。     

动态硼酸酯键管控邻苯二酚基团与功能黏附性高分子设计

“黏附”是一种普遍存在的多尺度相互作用,其实质是界面处化学键、氢键或范德华力等的形成.近年来,在贻贝仿生的基础上将黏性因子邻苯二酚基团嵌入到动态硼酸酯聚合物中,成为了功能黏附性高分子的重要发展方向.本专论从分子黏附、微/纳表面黏附和宏观表面黏附3个尺度,介绍硼酸酯键管控邻苯二酚基团在高分子材料功能化方面的研究进展.分子黏附,主要讨论硼酸酯聚合物中邻苯二酚基团与分子或离子相互作用规律及其对材料形貌和刺激响应性能的调控;微/纳表面黏附,论述硼酸酯聚合物体系超分子驱动力和组装机制,介绍其在微/纳材料功能化改性方面的研究进展;宏观表面黏附,讨论硼酸酯键管控邻苯二酚基团与黏附性能调控的关联规律,介绍硼酸酯聚合物功能黏附材料在宏观组装、攀爬机器人领域的应用.最后,从新型硼酸酯聚合物设计、动态键精准管控和器件化应用的角度,对该领域未来前景和发展趋势做出了展望.     

超疏水涂层表面粗糙结构对防覆冰性能的影响

结冰给交通、电力输送和航空等领域带来极大的安全隐患,研究防覆冰技术具有重要的应用价值。目前最具前景的防冰方法是涂层防冰,本文介绍了疏水涂层的构建方法,阐述了涂层疏水性和疏冰性之间的关系;重点论证了涂层表面粗糙结构对其防覆冰性能的影响,指出防覆冰涂层研发中存在的问题,并对该领域的发展趋势进行了分析和展望。     

全息高分子材料的正交反应设计

全息高分子材料通常是指基于相干激光技术制备,能够同时存储光波振幅、相位等全部信息的结构有序高分子材料,在裸眼三维显示、增强现实、高端防伪、高密度数据存储等高新技术领域具有重要应用价值.高性能化与多功能化是全息高分子材料的发展方向,正交反应设计提供了有效途径.本文简要介绍正交反应的概念、设计原理及在高分子材料先进制造中的应用,重点论述正交反应设计对于优化全息高分子材料加工工艺、提高折射率调制度和光栅衍射效率、降低雾度、抑制聚合反应引起的体积收缩、增加全息数据存储容量及构筑全息/发光双重图像功能新材料的重要性.为获得高性能多功能全息高分子材料,亟需发展更加丰富的正交反应体系.     

用于基因传递系统控制释放的可生物降解高分子材料

综述了用于基因传递系统控制释放的各类高分子材料包括天然高分子及其衍生物、合成高分子,并介绍了它们在基因治疗和组织工程领域中的应用.     

多功能超润湿材料的设计制备与应用

仿生超润湿材料是指类似自然界中生命体具有的特殊浸润界面性质的一类材料。近20年来,研究人员通过模仿自然,揭示了一系列超润湿界面材料的构建机理,设计制备了多种仿生超润湿材料,并将这些具有特殊表面浸润性能的材料拓展应用到了国防、军工、航空航天、建筑、农业、医疗、海洋防污等众多领域。本文首先介绍表面润湿现象的基础理论,接着从仿生的角度出发,介绍了以仿荷叶、鱼鳞、沙漠甲虫、猪笼草为代表的几种拥有不同表面浸润性能的材料,并总结了这几种材料的仿生设计原理、结构与性能的关系以及所面临的问题。综述了近年来仿生超润湿材料在防污抗菌、防雾防霜防覆冰、油水分离等方面的应用进展,最后展望了仿生超润湿材料的发展方向。     

超疏水涂层防覆冰机理及制备

结构物表面严重覆冰有时会威胁人们的生命财产安全,影响经济社会的平稳运行。超疏水涂层具有超大接触角、低滚动角的特性,在防覆冰领域有很好的应用前景。本文重点总结了超疏水涂层防覆冰机理的相关研究结果,并简单综述了聚合物-微粒复合材料类、特殊表面结构类两种典型超疏水型防覆冰涂层的研究进展,指出了目前在超疏水型防覆冰涂层研究中存在的不足,并对其发展趋势进行了展望。     

非晶固体高分子表面的低温流动特性

高分子低温加工是材料领域重大挑战。相较于本体分子,位于材料表面高分子链的玻璃化转变温度降低、黏度减小、塑性增强,为高分子材料低温加工提供了可能途径。本文总结了近年来对非晶固体高分子表面分子运动的研究成果,从表面分子动力学的角度阐述了高分子表面低温流动性的起源及其影响因素,举例介绍了表面低温流动特性在高分子材料低温粘结、自愈合以及加工成型等方面的应用,并对未来研究及前景进行了展望。希望通过本文加深对高分子表面低温流动行为的认识和理解,促进高分子材料加工和成型新方法和新概念的发展。     

高分子表面环境响应的应用

高分子表面具有环境响应性，利用此特性可设计新型表面功能材料。本文叙述了高分子表面环境响应性应用的进展。     

高分子材料图案记忆表面

微纳米图案赋予了材料表面独特的光学、电学、声学、力学以及生物学等特性,其中具有动态变化形貌的表面图案能够实现对材料表面性能原位实时调控,可用于构建智能表面.能够改变临时拓扑形貌并在外界刺激下恢复初始状态的一类动态表面材料称为图案记忆表面(pattern memory surface, PMS).PMS在浸润性调节、智能显示、电子器件和信息安全等多个领域具有重要的应用前景,涉及化学、物理、材料和生物多个学科交叉领域,是智能材料研究热点之一.然而,由于基底材料对高分子链在微观尺度上的运动具有束缚作用,如何构筑动态可调的拓扑形貌记忆表面一直是该领域面临的难题.基于此,本专论试图定义高分子材料图案记忆表面特征,并总结PMS有关研究的新进展.重点讨论基于褶皱图案构建PMS的优势,进而介绍了PMS作为智能材料在动态光栅、防伪、反射式显示、细胞培养等领域的应用,同时展望PMS的发展前景.     

固定HCG抗体膜的跨膜电位

高分子膜作为一项新兴技术,在很多领域得到日益广泛的应用.近十几年,随着生物工程和生物传感器的迅速发展,高分子生物功能膜的研究倍受重视.高分子生物功能膜是采用固定化技术,将具有分子识别功能的材料(如酶、抗原、抗体等)固定在高分子膜上而制得的.在固定化膜表面发生的生物化学反应,可以引起膜的荷电状态的变化,从而导致跨膜电位的变化。有关固定化膜的报导较多,但主要限于固定化的方法及其应用方面的研究,而有关高分     

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.     

具有枝状结构二阶非线性光学高分子的研究进展

树状分子是指一类结构高度支化的大分子或高分子化合物,其独特的三维纳米球形结构、分子内空腔以及大量富集的表面基团,可产生诸多特殊且有趣的功能及光物理性质,在化学、生物和材料等领域获得了广泛的关注和研究.本文主要综述了我们课题组在具有枝状结构二阶非线性光学高分子方面的研究进展,重点介绍了如何通过合理分子设计,发展不同类型枝状拓扑结构以有效提高材料的综合性能,并展望了该领域的今后发展趋势.     

导致冰面极低摩擦系数的原因:研究进展及模型分析

低摩擦系数是冰的重要特性。人们将冰面的低摩擦系数归因于冰表面存在液态水。本文首先综述了液态水产生的三大假说,通过计算证明压力融解和摩擦融解并非冰面具有低摩擦系数的主要原因。通过分析前人结果,进一步明确冰表面存在液态水并非冰面低摩擦系数的唯一原因。提出在冰的表面存在由冰晶和液态水构成的过渡层结构的新模型,指出过渡层中小冰晶在受力切线方向上的水平滑动或者滚动,以及液态水的润滑都是冰面低摩擦系数的原因。     

灌注液体型光滑多孔表面制备及应用

仿猪笼草效应的灌注润滑液的光滑多孔表面(SLIPS)是将润滑液如全氟聚醚、硅油、离子液体等灌注到微/纳粗糙结构基材中制备的。SLIPS材料表面可达到分子尺度的光滑,能显著减小液滴滑动角和滞后角,具有全方位疏液、自修复、透明度高、温度和压力稳定性好等诸多优点,能够高效抑制各种基材包括油脂、血液、冰以及生物膜的黏附,在自清洁涂料、海洋防污、生物医用领域具有广阔的应用前景。近年来SLIPS材料因其具有的特殊表面润湿性能而备受研究者的关注,本文详细介绍了SLIPS材料的构建机理和制备方法,包括浸润法和溶胀法等。综述了SLIPS材料在防污、促进滴状冷凝、防霜防覆冰、油水分离等方面的最新进展,并对SLIPS目前存在的问题与发展方向进行了分析和展望。