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    科研進展

    理化所實現水下透明且堅固的超疏油薄膜的快速制備

    稿件來源:仿生智能界面科學中心 發布時間:2022-08-31

      固體表面的特殊潤濕性是自然界中普遍存在的現象,因其在油水分離、防污和減阻等多個領域的潛在應用而備受關注。例如,受魚鱗、珍珠層和海藻等水下生物體的水下超疏油特性表面啟發,科研人員設計和制備了許多新型的水下超疏油界面材料。然而,對于水下超疏油材料而言,開發同時具有高透明度和機械穩定性能仍然是目前所面臨的嚴峻挑戰,這也極大地限制其在新興領域中的應用。 

      天然珍珠層具有優異的力學性能,這在很大程度上取決于生物礦化誘導的約含5%有機基質和95%無機文石復合組分的層狀分級結構。有趣的是,從珍珠層中剝離的礦化薄膜在水下具有較高的透明度和穩定的超疏油性能。此前,中科院理化所仿生智能界面科學中心孟靖昕研究員和溫州醫科大學王佰亮教授合作報道了一種受珍珠層啟發的具有水下超疏油性能的仿生礦化膜(Adv. Mater. 2020, 32, 1907413),受到了廣泛的關注,該研究工作被選為當期的卷首圖,并獲得了中國專利授權(ZL 201911326983.7)。此外,研究人員還在金屬表面(Langmuir 2018, 34, 6063)和網格表面成功制備水下超疏油涂層,實現了高效的油水分離(Adv. Mater. Interfaces 2021, 8, 2100852)。 

      近日,中科院理化所仿生智能界面科學中心孟靖昕研究員和溫州醫科大學王佰亮教授于2022816日在Nature Protocols期刊上以Nacre-inspired underwater superoleophobic films with high transparency and mechanical robustness為題,詳細報道了可在水下使用的透明且堅固的超疏油薄膜的制備策略(圖1)。該薄膜是由殼聚糖溶液在超親水基質上的超鋪展并交聯形成凝膠層,隨后通過仿生礦化而成。與傳統的基于水凝膠相比,由于其具有高表面能的有序的文石晶體和均勻分布的微/納米復合結構的結合,該薄膜表現出更為優異的機械性能和耐久性。此外,高透明度和機械穩定性能的結合進一步拓展了水下超疏油材料在新興領域中的應用場景,如水下光學,油水分離,微流控設備。 

     

    圖1.基于超鋪展和仿生礦化制備仿珍珠層薄膜的示意圖

     

    圖2.仿珍珠層礦化薄膜的結構表征

     

    圖3.仿生礦化膜用于微流體通道中防油污染

     

      相關工作得到了中國科學院重點研究計劃,國家自然科學基金,中國科學院國際合作計劃等項目大力支持。 

        

      原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41596-022-00725-3 

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