仿生结构及智能材料研究概述精选.ppt

四.仿生超疏水界面:制备方法 溶胶-凝胶法 气相沉积法(CVD) * 四.仿生超疏水界面:制备方法 电化学法 * 四.仿生超疏水界面:制备方法 交替沉积法 * 四.仿生超疏水界面:制备方法 模板法 * 四.仿生超疏水界面:制备方法 自组装法 * 四.仿生超疏水界面:制备方法 熔剂-非溶剂法 * 四.仿生超疏水界面:制备方法 直接成膜法 其他方法：离子电镀；真空沉积；离子辅助沉积；热解 * 多功能超疏水表面 稳定的超疏水表面 具有特殊光学性能的超疏水表面 导电性及磁性的超疏水薄膜 高度血液相容性 * 特殊浸润性的智能纳米界面材料 特殊浸润性：超疏水、超亲水、超疏油、超亲油 浸润特性的多元组合实现智能化材料： 例如：超双亲材料，超双疏材料，智能开关材料， 油水分离材料 * 超双疏表面 与水和油的接触角都大于150° 2001年中科院化学所实验室制备了具有“超双疏”的阵列碳纳米管膜（经氟硅烷修饰）：与水和植物油的接触角分别达到171 °和161° 应用前景广阔：防污、防腐、防管道黏附，防水防污服装 * 超疏水/超亲油性表面 以PTFE乳液为前驱物，以不锈钢丝网作为基底，制备出超疏水/超亲油性的喷涂网膜 优异的油水分离作用 * 超亲水/超疏水智能响应性表面 可控浸润性表面：通过操纵表面结构及表面化学组成实现浸润性的控制 表面微结构控制的浸润性 粗糙表面上化学组成控制的浸润性 浸润性梯度表面 * 超亲水/超疏水智能响应性表面 热响应性表面 * 超亲水/超疏水智能响应性表面 光响应性表面 * 光响应性表面的应用 利用光驱动实现液体的运动 * 电场作用下浸润性的变化 电润湿性(electrowetting)，又称表面电致亲水效应，是指绝缘基底上的某种润湿导电液体的接触角可以通过在该液体与绝缘层下的电极通电来减小。 利用电润湿可以实现液滴在基质上的操纵和控制。 * 其他仿生学研究 仿生探测、导航 * 在墙壁上行走的动物-壁虎 每只脚50万根极细的刚毛 每根刚毛末端有400~1000根更细小分支 范德华力累积产生 * 仿壁虎脚底结构的超疏水性聚苯乙烯纳米管膜 登山安全装置 超黏性手套：足球、板球守门员 外科手术用夹子和缝线 新型胶纸 * 沙漠集水昆虫-沙漠甲虫 仿生应用前景： 可控药物释放涂层；户外微流体器件 芯片实验室（Lab-on-a-chip ） * 自然界中的结构颜色 色泽鲜艳的蛋白石 由亚微米二氧化硅粒子以立方密堆积结构沉积形成的矿物 * 自然界中的结构颜色 色彩斑斓的蝴蝶翅膀 由鳞粉上整齐排列的亚微米结构选择性反射目光的结果 孔雀羽毛的绚丽色彩 小羽枝表皮下面的周期结构 调控方式：周期长度；周期数目 * * 智能材料的构想来源于仿生，它的目标就是研制出一种材料，使它成为具有类似于生物体所具有的各种功能的“活’的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素．但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般是由两种或两种以上的材料构成的复合材料体系。这就使得智能材料的设计．制造、加工和性能、结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向，对世界经济、社会、国家安全和科学技术自身发展有着十分重要的影响。 * * * * 设计和合成响应性分子使得人们能够可逆地通过外界刺激来改变界面的宏观物性。从外界刺激的种类来说，可以分为物理刺激和化学刺激。前者包括光、电、磁、温度、压力等，而后者则包括酸碱、配位化合、成键、断键、氧化-还原，光化学、电化学等。目前已有的响应性分子很多。如果在外场刺激下能够带来表面分子的基团、构型、极性等的变化，就有可能带来刺激响应性物性的变化。 * 自然界产生颜色的主要途径是色素，但有些生物(或矿物)经过进化却选择厂结构颜色，即依靠自然光与波长尺度相似的微 结构的相互作用而产生颜色．牛顿第一个提出包括孔雀等鸟类的羽毛，昆虫等的颜色来源于薄膜干涉。 模拟蛋白石的微观结构，可以人工合成类似蛋白石的结构，被称为合成蛋白石。单分散无机胶体粒子。聚合物乳胶及许多复合胶体粒广的稀溶液可以白发沉积得到合成蛋白石。 蛋白石及反蛋白石实际上就是所说的光子晶体，它不仅大然存在十白然界中，而且可以进行人工设计和制造，是现代高技术材料加工工艺的产物。光子晶体在生物、电子、环境、材料等多个领域都有着十分广泛的应用前景。 * 研究者发现，与薄膜干涉不同，孔雀羽毛的颜色策略非常精妙，小羽枝表皮下面的周期结构是羽毛结构颜色的起因。实验和理论模拟显示二维周期结构沿表皮力·向对某一波段的光有很强的反射，形成颜色。其调控力·式有两种