超疏水多孔硅的制备及表面稳定性

在加热条件下采用氢化硅烷化反应对多孔硅表面进行改性,通过扫描电子显微镜、红外光谱及元素分析等手段表征了多孔硅改性前后的结构和组成,研究了不同反应时间对其性能的影响.结果表明,反应3 h后制得了超疏水表面的多孔硅,其在碱性及空气环境中具有良好的稳定性.     

仿生超疏水性表面的生物应用

自然给科学家和工程师带来仿生的灵感和启发. 近年来, 受自然界中荷叶的启发, 在充分考虑表面形貌和化学组成协同效应的基础上, 人们已经制备出许多仿生超疏水性表面, 这些表面在抗结冰、微流体、生物相容性等领域具有很多潜在的应用价值. 仿生超疏水性表面在生物领域的应用逐渐崭露头角, 研究发现, 超疏水性表面所俘获的空气能够减缓药物释放的速率, 因此利用此类表面作为药物的载体有望实现长期供药. 超疏水特性能在一定程度改善和提高生物体与材料表面之间的相互作用, 例如, 血小板几乎不在超疏水表面上进行粘附和活化避免了造成血栓和血凝, 因此仿生超疏水性表面可用于制备人造血管和与血液相接触的仪器. 细胞和生物分子在不同特殊润湿性表面具有不同的行为和现象, 如粘附、繁殖、吸附等差异, 这有助于进一步探索研究细胞和生物分子的信息功能, 是当前仿生超疏水性表面应用的重要研究方向之一. 本综述简单介绍了经典的润湿模型, 重点总结了仿生超疏水表面在生物领域的应用, 其主要包括控制药物释放、提高血液相容性、蛋白质吸附研究、细胞行为研究、生物分子和细胞微图案化等. 最后, 对仿生超疏水性表面在生物领域研究应用进行了展望.     

仿生超疏水性表面的最新应用研究

近年来,除了荷叶表面,更多具有特殊润湿性的动植物表面同样受到关注。通过研究这些表面微观结构,人们成功地仿生制备出各种功能化超疏水表面,从而更好地满足工业中实际应用的需要。该综述简单地介绍了表面润湿的基本模型和最新的几种特殊表面结构,重点介绍近几年仿生超疏水表面应用的最新研究进展,主要包括超疏水表面在超疏油、表面润湿转换、外界刺激下的润湿行为调控、微流体、抗结冰等方面的应用。最后,对超疏水表面研究的未来发展进行了展望。     

超疏水性表面在冷凝条件下的润湿特性

采用测量接触角和观测偏光显微镜对超疏水表面在冷凝条件下的疏水特性进行了研究, 发现冷凝蒸汽进入超疏水表面的微凸起内冷凝, 表面的疏水特性被破坏, 表面的润湿特性变得不均匀, 部分区域甚至呈现亲水状态. 根据实验结果提出了冷凝条件下粗糙表面表观接触角的计算模型, 并使用冷凝条件下表面接触角的测量结果进行了验证.     

疏水表面拓扑结构对其润湿状态影响的粗粒化模拟

采用BMW-MARTINI粗粒化分子动力学模拟方法研究了表面的拓扑结构对疏水性表面润湿状态的影响. 模拟结果表明,对于疏水性表面,增大表面的粗糙度对其疏水性影响不大,而主要是影响其润湿状态. 在一定范围内(柱间距不超过4.7 nm),水珠在微柱结构疏水表面的润湿行为受到柱间距(d)和柱高(h)的双重影响. 柱间距一定时,存在一个临界的柱高,可以使得水珠在表面的润湿状态由Wenzel态向Cassie-Baxter态发生转变,并且该临界高度随着柱间距的增大而增大. 进一步分析发现,本文研究范围内,润湿状态的转变和柱间距与柱高的比值d/h有关,当d/h不超过2时,水珠呈Wenzel态,超过2时则由Wenzel态向Cassie-Baxter态发生转变. 通过能量分析,发现润湿状态的转变主要取决于水珠与表面之间的范德华作用. 本文研究结果可以为开发具有特定功能的疏水性材料提供参考.     

凹槽状PDMS基底上水滴的挥发及Cassie-Wenzel转变行为

通过在线跟踪水滴在凹槽状聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上的挥发行为, 研究了蒸馏水的挥发规律Cassie-Wenzel转变行为. 结果表明, 初始阶段, 水滴处于Cassie状态, 且在垂直于凹槽方向(V)和平行于凹槽方向(P)上存在显著的各向异性. 水滴的挥发过程依次表现出接触直径不变模式、 接触角不变模式及共同减小模式, 与平滑基底上水滴的挥发规律类似. 在挥发过程中, 发生了Cassie-Wenzel转变, 转变发生的时间与PDMS基底上突起部分的面积分数(即固相率)呈现良好的线性关系. 随着挥发的进行, 水滴的各向异性在接触角不变模式阶段消失, 即挥发导致水滴从开始的椭球缺状变为球缺状.     

超疏水表面研究进展

综述了超疏水表面研究进展,简述了超疏水表面研究的理论基础,归纳总结了超疏水表面的制备方法及存在的问题,并介绍了功能超疏水材料研究的最新进展.指出超疏水表面因其独特的自清洁性能而成为功能材料及表面界面科学领域的研究热点之一,并就其今后的发展进行了展望.     

超疏水膜的制备及其在膜蒸馏过程中的应用

超疏水材料具有超高的憎水性和自清洁特性,因而在解决材料的润湿和污染方面具有广泛的应用前景。膜蒸馏是一种以多孔疏水膜两侧蒸汽压差为推动力的膜分离过程,是脱盐和水回用中的重要技术。然而膜润湿和污染问题是导致膜蒸馏过程出水品质下降和应用过程稳定性差的关键。本文以膜蒸馏过程为背景,系统介绍了蒸馏过程的发展状况和超疏水膜材料的制备方法,以及超疏水膜在膜蒸馏中的应用,探讨了超疏水膜材料在膜蒸馏过程中的优势,同时指出了其不足和可能的解决方法,以期为膜蒸馏材料的发展提供研究方向和思路。     

溶胶凝胶法制备超疏水二氧化硅涂膜及其表面润湿行为

采用溶胶-凝胶法以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为前驱体制备超疏水SiO2涂层。红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)表征合成SiO2的化学组成,通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(TEM)观察制备SiO2的结构形貌,扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察SiO2涂膜的表面形貌,通过测试水接触角(WCA)讨论SiO2涂层的表面微观结构与其表面疏水性能的关系。结果表明以TEOS和MTES为共前驱体可以制备得到表面带-CH3基团的SiO2溶胶,SiO2溶胶在老化过程中纳米SiO2粒子由于自组装作用形成草莓状微米-纳米双微观结构,这种结构赋予SiO2涂膜表面不同等级的粗糙度,使得水滴与涂膜表面接触时能够形成高的空气捕捉率和较小的粗糙度因子,与SiO2表面疏水性的-CH3基团共同作用形成类荷叶超疏水结构。     

图案化基底上液滴的挥发行为

采用液滴形状分析仪, 在线跟踪了液滴在图案化基底上的挥发过程. 结果表明, 与平滑基底结果相比, 图案化基底上的挥发过程明显不同. 首先, 接触角减小; 另外, 由于发生了Cassie态到Wenzel态转变, 所得接触直径在减小过程中产生了一个突然变大的阶段. 在该挥发过程中, 突起部分的面积分数扮演了十分重要的角色.     

超疏水聚苯胺/聚四氟乙烯复合膜的制备及油-水乳液分离性能

以苯胺为原料,采用原位聚合法在聚四氟乙烯(PTFE)基体上合成聚苯胺/聚四氟乙烯(PANI/PTFE)复合膜.利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱(UVVis)和静态水接触角测试对PANI/PTFE复合膜的形貌、结构和浸润性进行分析,并对其油包水乳液分离性能、通量和循环使用性能进行了测试.研究结果表明,PANI/PTFE复合膜仅在重力条件就能有效分离油包水乳液;而且重复数十次过滤后,PANI/PTFE复合膜仍具有良好的抗污能力和分离性能.     

正碳离子样的过渡态类似物研究进展

综述了应用酶催化过渡态理论设计的几类正碳离子样的过渡态类似物作为酶的抑制剂的研究进展。其中包括类异戊二烯的正离子过渡态类似物,唾液酸转移酶的过渡态类似物,3-脱氧-D-甘露糖-2-辛酮糖酸酯-8-磷酸酯(KDO8P) 合成酶的过渡态类似物,尿苷二磷酸酯葡糖醛酸基转移酶(UGT) 的过渡态类似物。     

Nature of the Transition State in Peroxyl Radical Recombination

We have carried out an ab initio calculation of the potential surface for the reaction CH₃O₄H CH₂=O + O₂ + H₂O. We have established the structure of the transition state and studied the dependence of the energy barrier on the size of the basis and whether electron correlation is taken into account. We have studied the electronically excited terms for the participants in this reaction and we have established the mechanism for the formation of chemiluminescence emitters in this reaction.     

高聚物从高弹态到流体态的转变

将高聚物由高弹态转变为流体态的转变温度命名为流动温度Tf,该转变温度与高聚物分子量密切相关.在高聚物从高弹态转变为流体态的研究中,由于T1.1的概念忽视对高聚物分子量的依赖性,因此采用Tf的概念更为合理.本文对高聚物的流动温度Tf的讨论涉及高聚物温度-形变曲线、高弹态温区、高聚物熔体剪切粘度.从高聚物凝聚态观点来看,高聚物熔体中凝聚缠结网络中的凝聚结点是分子链的局部向列相互作用使链单元间产生平行凝聚而形成的,而高聚物从高弹态到流体态的转变正是反映了高聚物熔体中凝聚缠结网络的物理交联点,即凝聚结点状态的变化.高聚物熔体可以流动,说明熔体中凝聚网络中的凝聚结点至少是可以在瞬间内打开的,升温使凝聚结点的解凝聚状态存在的时间加长,凝聚状态存在时间减短,当升高到某一温度时,在凝聚结点解凝聚状态的时间内,分子链通过内旋转使质量中心在外加力的方向上可以发生位移,此时高聚物从高弹态转变为流体态,而此时的温度就是流动温度Tf.对高聚物流体弛豫网络的研究,是一个很有前景的研究课题.     

大面积超疏水性纳米结构碳膜的制备与表征

利用一种简单的热解方法, 制备了具有纳米结构的大面积碳膜, 膜表面经过低表面能物质氟硅烷修饰后具有超疏水性.     

有机电极材料过渡态的研究进展

有机电极材料具有理论比容量大、结构可设计性强、加工使用过程环境友好等优点被广泛应用于二次电池的研究中.有机电极材料在氧化还原过程会产生具有不成对电子的自由基中间体,自由基中间体的稳定程度影响电极材料的电化学性能.通过改变材料的结构可以调控自由基中间体的稳定性,从而优化有机电极材料的电化学性能.本文对有机电极材料在电化学...     

重叠式乙烷构象是过渡态吗*

从化学和数学的角度指出乙烷的重叠式构象是过渡态而不是稳定构象,剖析分子旋转异构过程中的构象变化过渡态的本质。同时,采用Python语言编程实现了过渡态搜索算法并开展了乙烷旋转构象变化过渡态的自动搜索,成功得到旋转过渡态-重叠式乙烷结构,加深了对重叠式乙烷构象是乙烷旋转构象变化过程过渡态的理解和认识。     

透明超疏水纳米阵列的构建及露滴自弹跳特性

利用溶胶-凝胶技术制备氧化锌晶种层,再通过化学氧化法在FTO玻璃表面制备了高度垂直取向的氧化锌纳米棒阵列.研究了晶种溶胶浓度和液相化学生长时间对阵列纳米结构形貌的影响规律和作用机理,并进一步分析了表面润湿性和透明性的变化情况.通过氧化锌纳米棒阵列的可控构建,获得了平均透光率可达95%的透明超疏水表面.密集生长的纳米阵列使得该表面在稳态结露条件下,直径约10μm的小尺度球状露滴合并后易发生自驱弹跳,脱附率高,露滴数量密度、覆盖率和平均直径均能保持在恒定范围,显示出优异的抗结露特性.