溶胶-凝胶法制备仿猪笼草润滑表面

仿荷叶制备的超疏水表面存在对低表面能液体的防润湿性能差、压力稳定性差等缺点,仿猪笼草效应制备的灌注润滑液的光滑多孔表面(SLIPS,Slippery Liquid-Infused Porous Surface)具有自清洁、自修复和热稳定性好等诸多优点。本文以聚丙烯(PP)塑料和玻璃板(Glass)为基底,使用聚多巴胺/聚乙烯亚胺(PDA/PEI)作为活性层,促进四甲氧基硅烷(TMOS)矿化沉积生成二氧化硅纳米粒子(SiNPs),将溶胶-凝胶法粗糙化的表面,再经氟化和灌油处理,最终得到仿猪笼草的润滑表面。这种SLIPS光滑表面具有优异的自清洁性能和良好的透明度。     

荷叶表面的复刻及微纳结构对疏水性能的影响

结合改进的模板法和ZnO水热生长法在环氧树脂基底上得到了荷叶仿生超疏水结构,该方法工艺流程简单、制作成本低廉,可以实现微观结构的快速复刻。研究了模板法对天然表面复刻的适用范围,其对荷叶和水稻等具有突起类微观结构表面的复刻效果良好,并研究了水热法中ZnO生长液浓度对纳米结构的影响。同时为了研究不同微观结构对表面疏水性能的影响,制作了光滑表面、纳米结构表面和仿荷叶微米结构表面,并测试了表面的疏水性能。结果表明,粗糙结构能够提高低能表面的疏水性能,微纳复合结构更有利于表面形成超疏水;增加表面的粗糙结构能够增加液滴与固体接触面上的气-液占比,进而使得液滴在表面的接触角增加。     

基于ODA/PDMS粗糙结构的仿生光滑液体灌注膜

相较于表面易损伤、压力稳定性差的超疏水表面，具备特殊浸润性的光滑液体灌注表面(SLIPS)在油水分离膜材料的开发上有良好的应用前景。本文使用聚丙烯(PP)和聚酯(PET)纤维膜作为基底，通过一步浸涂法在基底上构造了ODA/PDMS疏水粗糙结构，在其上灌注润滑油，制备了一种具备SLIPS的仿生光滑液体灌注膜(SLIM-ODA/PDMS)。这种光滑液体灌注膜具有良好的疏液性和较好的重力下油包水乳液分离能力，分离率在99.8%以上，这为新型油水分离材料的开发提供了思路。     

荷叶表面的复刻及微纳结构对疏水性能的影响

结合改进的模板法和ZnO水热生长法在环氧树脂基底上得到了荷叶仿生超疏水结构,该方法工艺流程简单、制作成本低廉,可以实现微观结构的快速复刻。研究了模板法对天然表面复刻的适用范围,其对荷叶和水稻等具有突起类微观结构表面的复刻效果良好,并研究了水热法中ZnO生长液浓度对纳米结构的影响。同时为了研究不同微观结构对表面疏水性能的影响,制作了光滑表面、纳米结构表面和仿荷叶微米结构表面,并测试了表面的疏水性能。结果表明,粗糙结构能够提高低能表面的疏水性能,微纳复合结构更有利于表面形成超疏水;增加表面的粗糙结构能够增加液滴与固体接触面上的气-液占比,进而使得液滴在表面的接触角增加。     

Cu/Ni复合仿生超滑表面耐蚀性能研究

本文针对碳钢在海洋环境中腐蚀严重的问题,采用水热法结合化学气相沉积技术及注入润滑油的三步法在碳钢表面制备了Cu/Ni复合仿生超滑表面。研究了仿生超滑表面对碳钢基体的腐蚀防护性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(EDS)分析了碳钢表面水热反应2 h后形成的Cu/Ni涂层的形貌及组成成分;通过接触角测试分析了Cu/Ni疏水表面的润湿性;运用动电位极化曲线和交流阻抗谱(EIS)研究了仿生超滑表面在3.5 wt.%NaCl溶液中的耐蚀性能。结果表明,Cu/Ni膜层呈现微纳米级粗糙结构,Cu/Ni膜层疏水涂层与水滴的接触角为127.8±1°,Cu/Ni仿生超滑表面腐蚀电流密度为2.96×10^-7A·cm^-2,相比于碳钢基体降低了2个数量级,对碳钢基体具有一定腐蚀防护作用。     

粗糙疏水表面冷凝形核特性研究

为了研究疏水基底粗糙度对形核特性的影响规律,采用腐蚀及修饰的方法得到具有不同粗糙度的疏水基底,通过对基底表面粗糙度因子的计算和表观润湿角的测量,考察了基底粗糙度对基底表面水的表观润湿角的定量关系;在制备的粗糙基底上进行了冷凝蒸汽形核实验,利用统计方法得到基底粗糙度因子与冷凝液滴数量的关系。结果表明:基底微观形貌对水在基底表面的表观润湿性和形核特性具有显著影响,对于疏水基底,随着基底粗糙度的增加,水滴在其表面的表观润湿角增大;相同的基底过冷度下,越粗糙的基底表面蒸汽冷凝形核点越少。分析认为,基底微观形貌通过影响液胚在其表面的表观润湿角,进而改变异质形核功,造成了粗糙基底表面形核特性的改变。实验现象与基于Wenzel模型的粗糙基底异质形核理论取得了一致。     

316L不锈钢超滑表面的制备及抗生物粘附性能研究

采用两步阳极氧化法在316L不锈钢表面制备了双层纳米多孔结构，然后采用十三氟辛基硅烷/乙醇溶液对其进行改性。最后将4种不同黏度的全氟聚醚注入改性后的双层纳米多孔结构中，形成4种不同黏度的超滑表面。对比研究了全氟聚醚的黏度对超滑表面润湿性、微观形貌和防污性能的影响。结果表明，相比于低黏度超滑表面和高黏度超滑表面，中黏度超滑表面同时具有稳定的润滑油层和低的水滑动角。与灌注全氟聚醚前的316L不锈钢表面相比，超滑表面的抗小球藻粘附性能大幅提高。在静态培养条件下，除了灌注高黏度全氟聚醚的超滑表面因润滑油层流动性差而导致抗小球藻粘附性较差之外，其他黏度的超滑表面的抗小球藻附着性能都良好。在动态培养条件下，由于水流的剪切作用，高黏度超滑表面的抗小球藻粘附性能明显提高，但较低黏度超滑表面的抗小球藻粘附性能有所下降。     

耐腐蚀超疏水超亲油不锈钢网的制备及其在油水分离过程中的应用

以不锈钢网为基底,通过化学刻蚀法制备微米级粗糙表面,通过一步浸泡法将st9ber法制得的疏水亲油纳米Si O2颗粒沉积到粗糙的不锈钢网表面,制备了具有微纳二级粗糙结构的超疏水超亲油不锈钢网。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和接触角测量仪(CA)表征了超疏水超亲油不锈钢网的表面形貌、化学组成和润湿性能,并将其用于油水分离过程中。结果表明,疏水亲油纳米Si O2颗粒成功的沉积到不锈钢网表面;水滴在超疏水超亲油不锈钢网上的接触角最大为151°,煤油的接触角为0°;制备的超疏水超亲油不锈钢网不仅能高效的分离不同种类油和水的混合物,还能高效的分离油和腐蚀性液体(强酸或强碱水溶液)的混合物,其耐腐蚀特性可满足复杂环境下的油水分离要求。     

超滑氟硅涂层研究进展

超滑氟硅涂层是一种新型的表面功能涂层，因其表面具有类似液体和分子光滑的特性而表现出良好的疏液、自愈合、防结冰、防指纹、防生物污损等性能，具有重要应用前景。本文介绍了超滑液体浸润涂层（或表面）和类液态高分子刷涂层2类超滑涂层的制备原理和性能特点。其中，前者通过超滑液体浸润多孔基底或溶胀于涂层基体之中获得，该涂层（或表面）润滑性强、自修复效果好，但易受侵蚀；后者通过氟硅高分子刷化学键合于基材表面或整个涂层基体之中制得，超滑性能相对较弱，但机械稳定性较好。进一步，重点介绍了2类超滑涂层的性能提升策略及已取得的进展。最后，指出了超滑涂层未来发展所面临的挑战。     

PDMS仿生表面及其在防护领域的应用进展

近年来,生物启发的仿生功能表面设计与制备已经成为一个重要且引人注目的研究领域,在日常生活、工业及农业等领域具有广泛的应用。聚二甲基硅氧烷（PDMS）由于其高柔顺性、低表面能和化学稳定性,在仿生表面功能改性方面得到了广泛认可。该文综述了PDMS微纳粗糙型仿生表面和光滑型仿生表面的制备与性能调控方法及其在防腐、防冰、防生物污染和光学设备领域的防护应用进展。对比了不同类型的PDMS仿生表面制备方法的优缺点。阐述了表面性能的调控策略,并对其存在问题和发展趋势进行了总结和展望。     

One‐Step Fabrication of Superhydrophobic/Superoleophilic Electrodeposited Polythiophene for Oil and Water Separation

A facile, one‐step, and single‐component fabrication of superhydrophobic and superoleophilic coating by electropolymerization of polythiophene on a stainless steel mesh is presented. The resulting coating has low surface energy and shows surface morphology bearing both micro‐ and nano‐features without the need to add nanofillers, or pretreatment of the substrate to make it rough. The polythiophene coating also shows reversible wetting property (superhydrophobic to superhydrophilic, and vice versa) by electrochemical doping and dedoping. The coated mesh is shown to repel water of different pH (1, 7, and 14) and salt content. On the other hand, oil such as dichloromethane, gasoline, kerosene, dodecane, and crude oil can easily pass through the mesh. Therefore, the coated mesh is an excellent material for the separation of oil and water.     

仿生超疏水金属材料制备技术及在化工领域应用进展

超疏水表面是材料研究热点,而超疏水金属材料在化工领域应用前景广阔。本文对超疏水金属表面材料在制备方法和实际应用的最新进展进行了综述,在浸润模型基础上,重点概括了针对金属构建微纳粗糙结构用于超疏水表面制备的方法,并对包括自清洁、流动减阻、强化换热、抗结冰、金属防腐、油水分离等常见化工领域应用以及新开发的如防垢、滚动造粒、蒸发结晶等新应用方向的最新相关研究成果进行了总结,并提出了规模化绿色廉价快速一步制备稳定高效超疏水金属表面是未来研究趋势。     

由特殊形貌基材构建的耐磨双疏表面研究进展

双疏表面因在自清洁、防污、防腐蚀等方面的应用价值而受到广泛关注.然而,双疏表面在使用过程中因机械摩擦等作用,易造成微-纳结构及双疏官能团的破坏而影响双疏性能.因此,如何提高机械稳定性能已成为双疏表面在实际应用中的关键问题.首先,介绍了基材微结构对双疏表面的影响;接着,从化学刻蚀、电化学刻蚀、激光加工、电化学沉积、压印或模板等制备方法综述了微结构基材-机械稳定双疏表面的构建;指出特殊形貌基材通过尺度较大的规整凹凸结构为附着的尺度较小的纳米粗糙表面和疏液基团提供了保护,进而实现机械稳定性;最后,总结了该领域研究存在的问题,展望了未来的发展方向.     

喹诺酮类药物印迹仿生抗体的研制及应用进展

随着人工合成的喹诺酮类抗菌药在动物性食品中残留和环境中蓄积日趋严重,其安全和健康风险促使开发快速且灵敏的检测方法已迫在眉睫。本文介绍了喹诺酮类药物印迹仿生抗体的制备方法,包括本体聚合法、悬浮聚合法、原位聚合法、沉淀聚合法及表面分子印迹法;总结了其作为萃取介质及传感识别元件在肉、蛋、奶、土壤、水体及生物样品检测中的应用;结合分子印迹技术制备工艺及应用的最新研究进展,讨论了该类仿生抗体在制备及识别过程中所面临的印迹容量和效应低、识别模式和传质机理研究不透彻等问题;提出了相应的解决方案,包括新型功能单体的优选及合成、高性能识别模式和制备方法的构建及开发等,为新型印迹仿生抗体的研制及应用提供了参考思路和技术途径。     

疏水亲油分离膜的润湿性研究进展

疏水亲油分离膜通过透过油相、截留水相而实现油水分离过程,它具有绿色、高效、易于工业放大等特点,在环境保护、水处理、有机液体分离与回收等领域具有广阔的应用前景,已成为膜科学与技术领域的研发热点。本文回顾了润湿方程的发展历史,介绍了表面润湿性和孔径的协同作用对膜分离过程的影响,讨论了疏水亲油分离膜的设计策略,包括在低表面能材料的表面构建粗糙或微纳米结构和使用低表面能材料对粗糙表面进行疏水改性。最后,对疏水亲油分离膜的发展趋势进行了展望,今后需进一步完善表面浸润理论,开发易于工业生产的制膜方法,探究疏水亲油分离膜对复杂油水混合物（如高黏度、多组分）的分离效果。     

仿生超疏油表面的研究进展

超疏油表面由于在解决石油对管道壁的黏附、海洋油污污染等问题具有广泛的应用前景,越来越受到人们的关注。本文介绍了几种特殊生物的表面结构和润湿性、经典的润湿理论模型及润湿理论的新进展;按照制备方法的不同分别介绍了近年来仿生超疏油表面的研究进展,指出了各方法的优缺点,并针对现有制备方法存在的一些不足,指出建立完善且更符合实际的润湿理论模型,以制备出成本低、周期短、方法简单同时具有较稳定的、耐久性好、耐磨损、与基体结合牢固的超疏油表面,是超疏油表面研究的一个重要发展方向。     

振动诱导微结构粗糙表面水滴Wenzel-Cassie状态转变特性

以聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底采用光刻蚀技术制备了微方柱结构粗糙表面。采用高速摄影对液滴在垂直振动作用下的动态浸润状态进行了图像采集。通过对水滴振动过程中的动态浸润特性分析,研究了粗糙表面水滴的Wenzel-Cassie浸润状态转变特征。结果表明,对于一定尺寸的Wenzel状态水滴,只有当施加的振动能量超过某一阈值时,微方柱粗糙表面Wenzel状态液滴才可以发生向Cassie状态的完全转变,且存在发生Wenzel-Cassie浸润转变的阈值范围;此外,当外加振动频率和液滴固有频率一致时,即在共振频率时,液滴发生Wenzel-Cassie状态转变需要的能量最小。外加振动频率偏离液滴固有频率越远,发生Wenzel-Cassie状态转变需要的能量最大。基于表面化学和振动力学理论,建立了液滴发生Wenzel-Cassie转变时的物理模型。     

Research and application of biomimetic modified ceramics and ceramic composites: A review

Ceramic materials are widely used in engineering field because of their good physical and chemical properties. The poor mechanical properties of traditional ceramics seriously limit the development of ceramic materials and have attracted extensive attention since its birth. The development of high toughness, light weight, and functional ceramic materials has long been the pursuit of materials scientists. Since ancient times, nature has been the source of all kinds of human technological ideas, engineering principles, and major inventions. The functional structure of biology provides a good research object for the bionic design and preparation of ceramic materials. Therefore, it is necessary to summarize the functional structures and mechanisms in nature and biomimetic preparation technology. The purpose of this review is to provide guidance for the functionalized biomimetic design and efficient preparation of ceramic materials. Some typical functional examples in nature are introduced in detail, and several representative biomimetic preparation methods are listed. Finally, the performance and application status of biomimetic ceramics are summarized, and the future development direction of biomimetic ceramic materials is prospected.