仿生智能材料20112.ppt

哈尔滨工业大学的研究人员以多孔状铜网为基材，并将其制作成数艘邮票大小的“微型船”，然后通过硝酸银等溶液的浸泡处理，使船表面具备超疏水性。这种微型船不但可以在水面自由漂浮，且可承载超过自身最大排水量50%以上的重量，甚至在其重载水线以上的部分处于水面以下时也不会沉没。 船表面的超疏水结构可在船外表面形成“空气垫”，改变了船与水的接触状态，防止船体表面被水直接打湿。 蝴蝶翅膀上的斑斓色彩，其实是鳞粉上排列整齐的次微米结构，选择性反射日光的结果。 本 章 要 求 2.1 自然界的几种生物体的表面性能及其仿生纳米界面材料 》仅通过表面化学组成很难获得大于120的接触角 》有着阶层结构的表面能够使任何材料构成的表面变得不可润湿，即在亲水材料表面构筑阶层结构也可能得到疏水表面粗糙结构可使亲水表面更亲水，疏水表面更疏水。 （超）疏水（油）表面 方法：构筑多元的微纳阶层结构 构筑低能表面涂层 2.1 自然界的几种生物体的表面性能及其仿生纳米界面材料 3、超亲水/超疏水智能响应性表面 （1）光响应性表面 例：在玻璃基底沉积TiO2薄膜,具有微纳米级的复合结构,表面含大量的乳状突起. 经辛基三甲氧基硅烷表面修饰后,静态接触角164度,滚动角4度 2.1 自然界的几种生物体的表面性能及其仿生纳米界面材料 例：具有浸润、变色双功能的“光开关”氧化钨薄膜 采用电化学沉积制备纳米结构的氧化钨薄膜。该薄膜交替地暴露在紫外光和黑暗中，有效地实现了光致变色和光诱导浸润/去浸润两种开关性质的有效结合。 2.1 自然界的几种生物体的表面性能及其仿生纳米界面材料 2.1 自然界的几种生物体的表面性能及其仿生纳米界面材料 （2）三态浸润性仿生智能开关表面 在基底上制备温度响应高分子的可逆开关； 制备阵列氧化锌纳米棒，实现表面浸润性由超疏水向超亲水转变； 构筑光开关的浸润性和颜色双重响应的氧化钨纳米薄膜 ；以及温度和pH值双重刺激的超疏水与超亲水可逆转换聚合物薄膜 ． 将DNA纳米马达固定在阵列微结构的金基底上，构筑了一个新颖的智能表面。 2.1 自然界的几种生物体的表面性能及其仿生纳米界面材料 2.1 自然界的几种生物体的表面性能及其仿生纳米界面材料 通过酸碱刺激，在该表面上可以实现如图所示的超亲水、亚稳的超疏水和稳定的超疏水三种状态之间的转换。这三种状态分别对应于DNA的三种构型折叠的四链结构、伸展的单链结构与刚性的双链结构。DNA三种构象的变化使得所构筑的表面顶部的化学功能团也相应地发生变化，从而导致了表面浸润性的转变。 2.1 自然界的几种生物体的表面性能及其仿生纳米界面材料 close时表现出亚稳的超疏水性(微小的刺激会使超疏水性失去)． open时显示出超亲水性， locked时稳定的超疏水性。 2.2 天然蜘蛛丝和蚕丝蛋白仿生材料 天然蛋白生物材料，是一种由不同氨基酸单元(主要为丙氨酸和甘氨酸单元)组成的链段共聚物。 1.天然蜘蛛丝：“生物钢” 2.2 天然蜘蛛丝和蚕丝蛋白仿生材料 天然蜘蛛丝具有软段区域和硬段区域, 即无定形区和结晶区形成的微相分离结构。结晶相以纳米晶的形式分散在无定形相中,拉伸时沿轴向取向。 结构决定性能 2.2 天然蜘蛛丝和蚕丝蛋白仿生材料 2.2 天然蜘蛛丝和蚕丝蛋白仿生材料 将一种侧链带叔胺基团水溶性聚氨酯和聚丙烯酸溶液在玻璃片上通过自组装形成双分子层膜, 然后层层叠压, 制备出具有从纳米到微米尺度范围多层次结构的聚氨酯/聚丙烯酸( PU /PAA)纳米复合材料.所制备的复合材料具有单一组分3倍的强度和韧性. 2.2 天然蜘蛛丝和蚕丝蛋白仿生材料 (A) Experimental p rocedure for consolidation of PU /PAA films: (1) the films are allowed to swell in water, ( 2 ) any number of films are stacked together into a sandwich structure to achieve conformal overlap, (3) the stack is dried at 100 ℃ under vacuum toremove any bubbles, (4) the dried stack is hotp ressed, ( 5) final consolidated stack is removed from the press; (B ) photograph of100-bilayer PU /PAA film before swelling;