气流场驱动喷射3D打印熔融聚乳酸微细纤维及表面浸润性调控

提出了一种高速气流场驱动喷射高效三维(3D)打印熔融聚乳酸微细纤维的方法,分析了高速气流致熔融材料剪切破碎原理,研究了打印工艺中供料气压、气流流速、打印高度等关键参数对微细纤维直径分布及结构孔隙率、截面尺寸的影响规律。并对所获得的聚乳酸微细纤维进行了表面浸润性测试。结果表明,该工艺相对于静电纺丝等微细纤维制造方法,加工效率提高10倍以上。通过控制不同的打印参数,可以有效实现纤维直径在6~18μm、孔隙率在55%~96%范围内的有效调控。通过3D打印工艺,可实现具有宏观路径可控、微观具有高孔隙率微纤维结构的制作。表面浸润性结果显示,打印微细纤维由于材料分子基团及高孔隙率综合作用,具有疏水性及粘附性特征,通过对微观局部进行亲水处理,实现了同一材料局部疏水和亲水共存结构的制作,证明了该方法表面浸润性调控的有效性。

电纺聚苯胺涂层表面浸润性和表面荷电对微生物附着的影响

材料表面浸润性和表面荷电对微生物在材料表面的附着有着非常重要的影响.本文采用静电纺丝法在不锈钢电极表面分别制备了疏水和亲水的聚苯胺纤维涂层,利用电化学阻抗谱监测大肠杆菌在两种聚苯胺纤维涂层表面的附着情况.结果表明,亲水表面有利于抑制大肠杆菌的附着.通过电化学极化使亲水表面分别带正电荷和负电荷,利用平板涂布计数法研究了不同极化时间下两种荷电表面的抑菌率,发现无论正电荷还是负电荷都有利于抑制微生物附着,而且二者没有明显差异.在相同的阴极极化条件下,亲水和疏水的聚苯胺纤维涂层抑菌性能相差不大,说明对于电纺聚苯胺涂层抑制细菌附着而言,电化学极化的影响大于表面浸润性的影响.

纳米通道内表面浸润性对气泡的作用

运用分子动力学模拟方法研究了在质量力驱动下不同浸润性壁面纳米通道中气泡的分布及其运动状况,提出了一种统计纳米通道中气泡运动速度的方法.结果显示,在亲水性壁面的纳米通道中,气泡位于通道中间,气泡的运动速度接近但小于通道中心流速,在势能强度较大时,壁面吸附的分子较多,气泡也较大,反之则气泡较小;对超疏水性壁面,气泡则位于固壁附近,两个壁面形成对称的一对气泡,气泡的运动速度接近但大于边缘速度.流体总的流动速度随着流体粒子与壁面粒子作用的减弱而增大,滑移速度则逐渐从负转变为正.

超高分子量聚乙烯纤维表面浸润性的研究

用低温等离子、液态氧化、电晕、紫外接枝、等离子接枝等方法对超高分子量聚乙烯纤维进行了表面处理 ,并用电子天平法对该纤维对乙二醇的浸润性作了研究。经表面处理后 ,超高分子量聚乙烯纤维对乙二醇的浸润性提高 ,接触角减小。

多孔微球/纤维复合聚苯乙烯膜表面浸润性研究

采用静电喷涂法,通过调节PS/THF溶液的浓度制备了不同表面结构的PS膜,并通过场发射扫描电镜和静态接触角测定仪对膜表面结构及表面浸润性进行了研究。结果表明,PS/THF溶液的浓度是影响PS膜表面形貌的重要因素,而固体表面的化学组成和微观几何结构对固体表面浸润性起着重要的作用。在PS/THF溶液的质量分数为1%和10%条件下制得的PS膜表面,分别具有平滑和无孔微球与纤维复合的结构,表面接触角分别为96.2°和98.7°,具有疏水特性;而质量分数为5%时所制备的膜表面,具有多孔状的微米颗粒与纳米纤维相复合的粗糙结构,表面接触角高达153°,具有超疏水特性。此外溶剂的挥发性和极性也对表面形貌的变化也起着重要的作用。

Mg_xZn_(1-x)O薄膜的红外光谱及其表面浸润性

采用溶胶-凝胶法制备MgxZn1-xO薄膜,利用X射线衍射仪、原子力显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和荧光光谱仪等测试分析薄膜的微结构、表面形貌、红外光谱和光致发光特性等,研究结果表明,薄膜中的Zn O成分均呈六角纤锌矿结构,当x=0.15时,薄膜中有Mg O成分析出;随着x从0增大到0.15,均方根粗糙度不断减小;1038 cm-1附近的吸收峰对应于Si-O-Si的对称和反对称伸缩振动模,408 cm-1附近的吸收峰对应于六角结构Zn O的Zn-O振动模,900 cm-1附近的吸收峰则对应于SiO键伸缩振动模,该吸收峰强度的减弱说明薄膜中Si-O键数目减少。近带边发射峰位由410 nm蓝移到370 nm与薄膜导带底或价带顶的局域能级、薄膜禁带宽度变化等因素有关,可见光发射带是单离子氧空位(VO+)和氧填隙(Oi)等薄膜本征缺陷相互竞争的结果。用接触角测试仪测试薄膜的表面接触角,研究Mg含量对薄膜的表面浸润性及其光诱导可逆转变的影响,并探讨其形成机理。

材料表面浸润性对细菌粘附的影响

材料表面的细菌粘附常引起食品腐败或植入性感染,有时甚至会引发疾病,而控制细菌在材料表面的初始粘附能够减少这些安全隐患。作者通过化学接枝的方法,制备了不同表面浸润性的材料,并与大肠杆菌、铜绿假单胞菌及金黄色葡萄球菌等3种常见致病菌共同培养,系统地研究了材料表面浸润性对细菌粘附的影响。研究结果表明,随着材料表面疏水性的增加,其抗细菌粘附能力显著提升。另外,表面带负电材料的抗菌能力更强。这些结果能够帮助理解细菌在材料表面粘附的内在机理,同时有助于抗菌材料的设计和制备。

脉冲萃取柱筛板表面浸润性的研究

本文对30％TBP(煤油)-HNO_3-UO_2(NO_3)_2平衡体系,研究了诸因素下不锈钢筛板表面浸润性随时间的变化。结果表明:筛板在空气中放置50天后,由亲水性变成憎水性;在敞开的两相体系中,由亲水性变成几乎中性;在密闭体系中,可以保持亲水性。对筛板施加超声波作用,不论在何种环境下,均能保持其亲水性。两相界面张力随时间无明显变化,因此可以不必考虑它对浸润性变化的影响。

超疏水-亲水CaBi4Ti4O15涂层制备及其表面浸润性研究

采用简单的涂抹方法,在衬底上制备了CaBi_4Ti_4O_(15)涂层;经不同温度退火和120℃放置处理,得到了浸润性从超疏水到亲水,其表面接触角从152.5°到43.6°变化的CaBi_4Ti_4O_(15)涂层表面;通过扫描电镜分析,研究了不同退火温度下涂层表面微观结构变化对表面浸润性的影响.结果表明:CaBi_4Ti_4O_(15)涂层表面晶粒和孔洞尺寸变化是导致其表面浸润性从超疏水到亲水变化的主要原因,而包含纳米颗粒的阶层结构导致亲水CaBi_4Ti_4O_(15)涂层表面呈现出超疏水性.

化学镀银层形貌调控对表面浸润性的影响研究

本文在铜基表面上,采用了化学镀银和表面修饰的方法制备了具有枝晶状的微/纳米复合结构的超疏水表面。微观结构是影响和调控表面浸润性的重要因素之一,金属银层微观结构变化影响表面浸润性,当表面为枝晶状的微/纳米复合结构时,表面接触角最大为169°,考察预处理温度和化学镀时间对表面金属镀银层微观结构的影响。结果表明:-20℃低温处理有利银纳米粒子在铜表面成核生长;随化学镀时间增加,化学镀银层结构从纳米颗粒团簇转变为枝晶结构,再逐渐生长为类珊瑚结构,化学镀时间为30 s时表面为枝晶结构;最后分析各影响因素的作用机理及金属银层的成核生长过程。

荷叶表面纳米结构与浸润性的关系

通过烘烤、化学萃取及物理剥除等方法改变荷叶表面的纳米结构和化学组成,在环境扫描电镜(ESEM)和全反射红外光谱(ATR)对样品的微观形貌和化学组成进行表征的基础上,为消除其它外界因素影响样品的真实微观形貌,进一步采用原子力显微镜(AFM)进行了表征.通过测量不同处理方法所得样品的表观接触角表征了样品的浸润性质.结果表明,荷叶表面的蜡质是产生表面疏水性的根本原因,其微米级结构放大了其疏水性,而纳米结构是导致其表面高接触角、低滚动角,即"荷叶效应"的关键原因.

化学吸附自组装偶氮苯小分子单层膜及表面浸润性研究

通过化学吸附自组装的方法,将小分子量的偶氮苯分子自组装到平滑硅基底表面,其表面接触角为83.7°.微结构化硅基底表面的偶氮苯单层膜上表现出超疏水的特性,接触角达到了151.9°.经过紫外光照射后,该表面的接触角没有发生明显的降低.

两亲接枝共聚物PS-g-PEO膜的制备及其表面浸润性

采用模板法制备具有微纳米复合结构的聚苯乙烯接枝聚氧乙烯(PS-g-PEO)共聚物膜.将其与滴涂法制备的平滑膜进行比较,考察PEO含量、表面形貌对共聚物膜表面浸润性的影响.将制备的膜进行退火及水浸泡处理后测其接触角变化.结果表明:退火和水浸泡处理可使共聚物膜表面浸润性发生可逆改变,退火后共聚物膜表面接触角增大,水浸泡后接触角减小.其中退火后的PEO含量为40.9%的共聚物平滑膜进行水浸泡处理后,膜表面接触角由65.1°减小到53.3°,而对应的共聚物粗糙膜表面接触角由150.0°减小到60.9°,实现了超疏水到亲水的转变.不同处理条件下PEO链段聚集状态不同,退火及水浸泡处理使PEO链段发生翻转,导致膜表面浸润性发生可逆改变.

利用飞秒激光照射调控氧化石墨烯表面的浸润性能(特邀)

基于飞秒激光照射的改形控性技术是近些年发展起来的新兴微纳加工技术,其在快速、大面积、周期性亚波长结构的制备上展现出了独特优势。文中利用该技术在氧化石墨烯薄膜表面开展亚波长光栅结构的快速制备,并针对其中的加工机理、形貌变化及其液体浸润性进行了详细研究。通过改变飞秒激光功率和扫描速度等参数,实验获得了具有不同深宽比和表面"粗糙度"的还原氧化石墨烯样品,实现了液体接触角在15°~75°范围内可控的浸润性,并且其接触角在空气中放置20天后平均增加20°。文中的理论和实验结果为飞秒激光微纳加工和改性处理技术的发展奠定了基础,未来有望促进结构化石墨烯衍生材料在液滴收集、微流控等方面的应用。

液滴输运功能表面的仿生设计与制备研究进展

液滴输运功能表面在绿色能源、医疗科技、新材料等领域具有重要应用,例如雾中淡水收集、药物靶向治疗等.自然界具有多种可实现液滴定向运输与定点转移的生物表面,为液滴输运功能表面的设计与制备提供了绝美的范例,已涌现出大量新颖的、巧妙的仿生设计研究成果,本文首先概括总结了自然界具有自发输运液滴的典型生物体功能表面,阐述了表征固体表面浸润性相关的基础理论;其次,综述了不同自驱动机制下液滴输运功能表面的仿生研究进展,对比分析了不同功能表面的液滴自驱动机理及影响因素;进一步分类阐述和分析了磁场、电场、温度场等外场调控实现液滴定向运输或定点转移功能表面的研究现状;最后归纳总结了此类仿生功能表面在实际工程中的应用,并对该方向的研究前景和发展趋势提出展望.

浸润性表面液滴定向输运研究进展

概述了固体表面润湿性等理论基础,随后重点综述了浸润性表面液滴定向输运的研究进展。浸润性表面液滴定向输运的驱动力主要来源于仿生结构或外场作用。其中对于仿生结构自驱动研究,概括总结了以蜘蛛丝、猪笼草和松针等自然界生物为仿生对象,依靠拉普拉斯压力差或表面能梯度实现液滴定向输运的相关研究,随后分析了其输运原理和优缺点,总结了其驱动力来源与理论公式。对于外场作用,其刺激源主要包括磁场、光场、电场、温度场和表面振动等,其中磁场作用力可以来源于液滴内部、液滴表面或液滴外部,光场主要包括近红外光、紫外光和可见光,电场主要包括静电吸引、静电排斥和电场间接作用等,温度场主要由蒸汽诱导、表面形变诱导以及热毛细作用诱导等,表面振动主要包括水平振动、垂直振动和声表面波作用等。接着基于不同输运原理分析对比了五种外场作用下液滴定向输运的特点。最后总结了浸润性表面液滴定向输运研究领域中存在的问题并展望了未来发展方向。

特殊浸润性表面构建及其抑制酸奶黏附的研究

目的构建一种能够抑制酸奶黏附现象的特殊浸润性表面,探索特殊浸润表面的结构、组成及性能。方法以棕榈蜡、二氧化硅和羧甲基纤维素钠为原料,通过喷涂法在聚苯乙烯片材上构建特殊浸润性表面。结果棕榈蜡添加量为3 g,二氧化硅为0.9 g,两者共溶于100 mL无水乙醇,将0.6 g羧甲基纤维素钠溶于100 mL去离子水时,2种溶液共混(V_(乙醇溶液)∶V_(水溶液)=2∶1)在聚苯乙烯片材表面进行喷涂,并于75℃烘干30 min,得到特殊浸润性表面。所构建的特殊浸润性表面具有典型的微纳结构,酸奶在其表面的接触角为(141.32±5.43)°,滚动角为(7.51±2.86)°。耐碱、耐盐试验表明,特殊浸润性涂层在浸泡24 h后,酸奶在其表面的接触角分别为(132.00±5.75)°和(130.18±6.09)°,与原始特殊浸润性表面相比未发生显著性下降(P>0.05)。此外,甲基蓝和邻苯二酚紫粉末的残留结果表明所构建的表面自清洁性能良好。酸奶在具有特殊浸润性表面的聚苯乙烯片材上的残留量为(3.77±1.99)%,显著低于无特殊浸润性表面的聚苯乙烯片材(15.12±2.77)%(P<0.05)。结论该特殊浸润性表面具有良好的化学稳定性、自清洁性和不黏性,可有效减少酸奶资源的浪费,也为液态黏性流体食品的包装设计提供理论依据。

液滴在倾斜表面上的固化特征研究

采用平滑铝表面为基底,以去离子水为介质,对低温条件下倾斜表面上运动液滴的固化特征进行了研究,分析了液滴的固化时间特征,并探讨了基底倾斜角、液滴体积以及基底表面浸润性对液滴固化时间的影响。结果表明:当基底倾斜角小于液滴在铝表面上的临界滑动角时,液滴固化时间保持不变;当基底倾斜角大于临界滑动角时,随着倾斜角增大,液滴固化时间变短。随着液滴体积增大,虽然湿接触面积增大,但是液滴高度也增大,液滴固化时间随之延长。基底表面的疏水性越好,液滴与固体表面的湿接触面积越少,液滴高度越高,因此液滴固化时间越长。基于传热学理论建立了双圆法模型,利用其预测运动液滴的固化时间,并将计算值与实验值进行了比较,发现两者吻合良好。

表面氧化处理对碳纤维及其水泥石性能的影响

碳纤维与水泥石界面的粘接状况是影响碳纤维水泥石材料性能的关键因素之一,为此,通过测试碳纤维的表面浸润性以及碳纤维水泥石的力学性能,研究了经过NaClO氧化处理后,碳纤维表面性能以及碳纤维与水泥石界面粘结性能的变化.研究结果表明:碳纤维的氧化处理可以提高其表面对水的浸润性,改善碳纤维与水泥石的粘结界面,提高碳纤维水泥石的压敏特性.

仿生多尺度超浸润界面材料

仿生多尺度超浸润界面材料是20世纪90年代末以来迅速发展起来的一类新型功能材料,该研究领域突出的特点是基础研究和应用研究密切结合、仿生理念与材料制备技术密切结合.近年来,研究人员围绕仿生多尺度超浸润界面材料的构筑与应用中的若干关键科学问题开展了深入研究,取得了一系列有特色、有创新意义的研究成果,开发出了一系列的材料制备新方法和新技术.本文首先介绍仿生多尺度超浸润界面材料的发展历程和固体表面浸润性的理论基础;然后讨论对自然界中具有特殊浸润性能的功能表面的原理揭示和仿生设计;对仿生多尺度超浸润界面材料的典型应用领域,例如自清洁、集水、防冰、油水分离以及化学反应等进行了总结;最后对仿生多尺度超浸润界面材料的发展前景进行了讨论.