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浸润性是固体表面的一个重要特征,是指当液体和固体表面接触时,液体可以渐渐渗入或附着在固体表面的特性。人工制备特殊浸润性表面具有重要的科学意义和应用价值,特殊浸润性表面的研究已成为热点课题,涉及到植物学、化学、材料学、工程力学等多门学科。外部刺激对响应性材料表面的宏观和微观浸润性的影响,在智能纳米器件、可控微流体器件、信息存储器件的制造、智能液体传输和微量液体测试方面具有广泛的应用前景。浸润性由物质表面的化学组成和微观几何结构所共同决定的,因此应用外部刺激对物质表面的化学组成或微观结构进行调节,从而实现对表面浸润性如接触角、粘附力大小的智能控制就越来越受到研究者们的广泛关注。
本论文采用简单的制备技术,得到了浸润性对热、磁具有响应性的表界面材料。利用高分子材料相变前后自适应能力的不同,制备得到了高温超疏水低温超亲水的可逆开关薄膜。通过磁场对液晶体系中超顺磁纳米颗粒的动态调控,实现了液晶薄膜表面分子聚集态以及薄膜表面浸润性的调控。研究了温度的和外力作用下,图案化形状记忆聚氨酯材料表面形状记忆性能对材料表面浸润性的影响。
1:聚己内酯PCL10000聚合物薄膜中,由于PCL10000分子在相变前后分子聚集状态对表面上水分子诱导作用的自适应性不同,导致其表面浸润性在相变前后存在着一定的差异。进一步在薄膜表面引入合适的粗糙度,则实现了高温超疏水低温超亲水可逆开关薄膜的制备。实验采用简单易行的薄膜制备技术,选择合适的高分子材料作为响应性材料,本方法可以广泛地应用于如药物的输运、智能织物的制备以及智能微流体开关的制备等许多智能材料体系。
2:液晶体系中液晶分子既排列整齐,具有晶体的特性,又可以自由移动,具有一定的流动性。这种排列的不稳定性,给其表面浸润性的研究带来极大的障碍。通过在液晶体系中添加超顺磁纳米四氧化三铁颗粒,利用磁场与磁性纳米颗粒之间的作用,使磁性纳米颗粒存在于液晶/水体系中不同的相态,从而实现对液晶分子聚集状态及表面的浸润性质进行一定程度的可逆调控。通过偏光显微镜的观察对磁场调控下液晶分子聚集状态及液晶薄膜表面浸润性的变化过程进行了表征。这一方法的提出对液晶体系表界面浸润性的研究提供了一种新的研究方式。
3:形状记忆材料在医药卫生、生产建筑等许多与温度相关的智能开关领域都有着广泛地应用前景和潜在的应用价值。论文采用软印刷技术实现了形状记忆聚氨酯材料表面的图案化,研究了形状记忆性能对材料表面浸润性调控的作用。随着界面的形变、恢复,接触角呈现一定程度的往复,表面柱子弯曲或者柱间距增大都会引起材料表面接触角减小,但随着界面形变的回复接触角的大小也随之回复,且在连续的三个“形变—回复”的过程中接触角也随之进行“减小—增大”的循环往复。