从自然到仿生的超疏水纳米界面材料

本栏目旨在对纳米材料及纳米技术研发进展、市场动态与产业前景作较为全面、系统的报道。纳米科技是一个新兴的学科领域,需要各方人士的支持和参与。欢迎您就如何看待和发展纳米科技与产业发表看法。     

仿生蜘蛛丝微纳米复合材料的集水性能

水是自然界大多数生物生存的必要条件,而动植物界存在着诸多奇妙的浸润现象。仿生微纳米复合材料浸润性相关研究是近年来国内外发展迅速的前沿热点,涉及跨领域、交叉领域。本文对仿生工程领域拥有集水性能的类蜘蛛丝微纳米复合材料的研究进展进行了评述,简要分析了材料的微纳米复合结构及其控制浸润性/液滴行为的机制,总结了类蜘蛛丝微纳米复合材料及集成蜘蛛网的制备技术发展(包括提拉法、静电纺丝法、微流体技术、三维编织技术、3D打印技术等),展示了不同微纳米复合材料及相应集水性能。本文重点分析并对比了仿生蜘蛛丝微纳米复合材料的仿生结构设计、材料制备技术、集水性能等,并展望了拥有集水性能的微纳米复合材料在微流体芯片、天气预报、海水淡化、药物缓释、微反应器、能量储运与转换等多领域的进一步新兴、多功能化应用。     

水热法仿生合成纳米二氧化锰及其形貌调控

以高锰酸钾为锰源,甘氨酸为模板在硝酸体系中仿生合成纳米二氧化锰。利用SEM、XRD、N2吸附脱附对制得样品进行表征,通过改变反应温度和时间对样品的晶型晶貌进行定向调控。结果表明,在反应时间1h,温度为70℃得到了片状花球-MnO2、90℃得到棒状-MnO2;而在70℃下反应8h则制得针花状-MnO2,通过实验分析得出纳米二氧化锰微观晶貌和晶型的演变规律。     

纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合微球的原位仿生制备及表征

为解决纳米羟基磷灰石/壳聚糖(nHA/CS)复合微球中nHA团聚及分散不均的问题, 本研究在油包水的乳液体系中, 原位仿生制备了nHA/CS复合微球, 并与共混法制备的nHA/CS复合微球进行了对比研究。利用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、红外(FTIR)和激光粒度仪等手段对不同微球的理化性能进行表征。结果表明: 相比共混法, 原位仿生制备的nHA/CS复合微球形态圆整均匀, 分散性好, 粒径分布较窄, 平均粒径为8.62 μm, nHA晶体均匀分布在微球内部及表面, 并与CS基质以化学键结合。该复合微球有望用于骨组织工程及药物控制释放。     

微纳米SiC/环氧树脂复合材料的界面和非线性电导特性

以微米和纳米SiC为填料,制备了不同填料配比的微纳米SiC/环氧树脂(EP)复合材料。测试了微纳米SiC/EP复合材料的玻璃化转变温度、室温介电谱和直流电导特性。分析了填料与基体之间的界面对玻璃化转变温度、介电谱及直流电导特性的影响。实验结果表明,在微米和纳米SiC填料的共同掺杂下,随着纳米SiC填料含量的增加,微纳米SiC/EP复合材料的玻璃化转变温度先降低后升高。在相同频率下,微纳米SiC/EP复合材料具有更低的相对介电常数和低频损耗峰幅值。与EP相比,微纳米SiC/EP复合材料具备显著的非线性电导特性。与微米SiC/EP复合材料相比,微纳米SiC/EP复合材料具有更高的非线性指数和阈值电场强度。微纳米SiC/EP复合材料的非线性电导特性与SiC颗粒和EP基体之间的界面区密切相关。      

微纳米孔道的仿生非对称设计和制备

生命体经过亿万年的进化几乎完成了智能操纵的所有过程,向自然学习是智能新材料和新体系发展的永恒主题。生物学孔道,典型的如离子通道,在细胞的基本分子生物学过程中发挥着重要的作用。受到生物孔道的对称非对称设计思路影响,近几年,仿生微纳米孔道的研究得到     

界面法制备纳米结构ZnO薄膜

金属氧化物薄膜在很多领域有潜在的用途,然而,具有纳米结构的薄膜合成仍然是一大挑战。文章介绍了一种气体一液体界面反应和高温热处理制备氧化锌薄膜的方法,讨论了不同前驱体及表面活性剂PVP的使用对ZnO薄膜形貌的影响,结果表明,界面反应不仅是一种方便、绿色、低成本的薄膜制备方法,而且也是具有精细纳米次级结构可行的合成方法,并有可能成为金属氧化物薄膜制备的新方法。     

纳米固体材料的界面及其对性能的影响

纳米固体具有一系列特殊的性能。一般认为这些特性在很大程度上由纳米固体的特殊徽结构一很高浓度的缺陷（界面组元、空隙、位错等）、特殊的界面结构及缺陷组成所决定的。讨论了纳米固体的界面组成、结构及其影响界面结构的主要因素，评述了纳米固体材料的界面对其机械性能的影响，简要讨论了界面变化引起这些性能变化的机理。     

聚合物纳米复合材料界面结构的表征

聚合物中加入纳米粒子可以制得性能更加优异的纳米复合材料,其中纳米粒子和聚合物基体间的界面结构对纳米复合材料的性能起着重要作用。综述了近些年来聚合物纳米复合材料中界面结构的表征手段,如红外光谱(FTIR)、核磁共振技术(NMR)、热重(TGA)、电子显微镜、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)、小角中子散射(SANS)及小角X射线散射(SAXS)等,并对这一领域的研究进行了展望。     

中科院兰州化物所新型仿生结构纳米复合陶瓷润滑材料研究获进展

在国家重点基础研究发展计划"973"项目、国家自然科学基金项目和中科院"西部之光"人才培养计划项目的支持下,中国科学院兰州化学物理研究所润滑与防护材料研究发展中心胡丽天研究员带领的课题组在新型仿生结构纳     

Large-scale fabrication of bioinspired fibers for directional water collection

Spider-silk inspired functional fibers with periodic spindle-knots and the ability to collect water in a directional manner are fabricated on a large scale using a fluid coating method. The fabrication process is investigated in detail, considering factors like the fiber-drawing velocity, solution viscosity, and surface tension. These bioinspired fibers are inexpensive and durable, which makes it possible to collect water from fog in a similar manner to a spider's web.     

石墨/铝复合材料制备中的关键问题及其对策

石墨/铝复合材料一般需要在高温下制备,石墨颗粒或纤维与铝基体均会发生不同程度的润湿作用和界面反应,形成不同结构的界面。两相之间的润湿性和界面反应对复合材料最终的性能起重要的作用,深入研究润湿机理及有效控制界面反应是获得高性能石墨/铝复合材料的关键。本文对石墨/铝复合材料的发展概况、制备工艺,制备过程中出现的界面问题、气孔缺陷等进行了分析与讨论,探讨了解决对策,展望了这种新型复合材料的应用前景。     

Investigation of charge transport in organic polymer donor/acceptor photovoltaic materials

π-conjugated organic semiconductors have long been used as either holes or electrons transport materials. Recently, ambipolar charge carrier transport in these materials have been reported in many investigations. In this paper, we report on the basis of experimental results that the organic semiconductor (donor/acceptor) materials can be as good electrons transporters as these materials are holes transporters. In our study, the solution-processed unipolar diodes based on organic materials P3HT, VOPCPhO, and their blends with PCBM have been fabricated. The I–V characteristics of these diodes have been analyzed in the space-charge-limited current regime. The values of the electron and hole mobilities for the materials were found in the range of 10^?4–10^?5?cm²/Vs.     

SiC/Co-Cr体系的润湿性研究

采用座滴法研究了反应烧结SiC/ Co-Cr 体系的润湿性。与反应烧结SiC/ 纯Co 体系进行对比, 研究了Cr 含量、实验温度和保温时间对润湿角的影响及活性元素的作用。结果表明, 加入适量的活性元素Cr 能够显著提高体系的润湿性。当体系的Cr 含量分别为5 % , 7 %和42 %时, 体系的润湿角较小, 润湿性比较好。SiC/ Co-Cr体系和SiC/ 纯Co 体系的润湿过程均属于反应性润湿, 实验温度和保温时间对体系的润湿角影响较大。微观结构研究和XRD 分析表明, 对于SiC/ 纯Co 体系, 界面区域发生了化学反应, 生成了CoSi , 减小了润湿角。加入活性元素Cr 以后, 由于Cr 元素与基体发生反应, 生成Cr₂₃C₆ , 进一步降低了体系的界面能, 提高了润湿性。      

Solvent switching and purification of colloidal nano- particles through water/oil Interfaces within a density gradient

Traditional post-treatment of colloidal nanoparticles （NPs） usually involves repeated centrifugation-wash-sonication processes to separate NPs from the original synthetic environment; however, such separation processes have either high energy cost or low efficiency and tend to cause aggregation. Here we show a general and scalable colloid post-processing technique based on density gradient centrifugation through water/oil interfaces. Such a one-step technique can switch the solvent in a colloid at almost any concentration without aggregation, and meanwhile purify colloidal nanoparticles by separating them from by-products and environmental impurities. Droplet sedimentation was shown to be the mechanism of this one-step concentration/purification process, and mathematical modeling was established to quantify the accumulation and sedimentation velocities of different NPs.