智能界面材料的制备及液滴运动控制研究

发布时间：2020-07-21 23:02

【摘要】：精确控制液滴运输是实现生物芯片和微流控等重要工业技术实际应用的关键过程,而如何在外界刺激下快速原位实现界面和液体之间的相互作用是智能控制液滴运输的核心问题。因此开发新型超润滑界面,实现液滴的智能调控是非常必要的。近年来,虽然超润滑界面的研究取得了一定的进展,但仍存在许多未解决的问题,如怎样设计响应性的超润滑界面,如何智能控制液滴运输等。本文基于上述问题,设计制并制备了不同类型的超润滑界面,并在此类界面上实现了智能控制液滴运输。主要研究包括以下三个部分:1)利用水热合成法制备了表面结构均匀的氧化锌纳米棒阵列薄膜,并经过染料敏化处理,低表面能材料表面疏水化处理及在复合氧化锌纳米棒阵列中注入硅油等过程,最终制备得到氧化锌超润滑界面。通过光电协同刺激实现了智能控制液滴在氧化锌超润滑界面上的运动。这项工作使我们进一步了解了在超润滑界面上控制液滴运动的原理,为生物芯片和微流体系统的实际应用提供了一种很有前景的材料。2)虽然氧化锌超润滑界面实现了液体运动的光电协同控制,但是无机氧化锌材料易破碎、机械性能差,同时其各向同性的特点并不能满足特殊领域液滴运动定向控制的需求。因此,我们采用界面定向冻干技术制备了聚(3-己基噻吩-2,5-二基)/[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(P3HT/PCBM)二元体系的各向异性薄膜,并将其制备成了光电协同双响应的各向异性超润滑界面。此外,基于P3HT/PCBM薄膜制备的各向异性超润滑界面表现出显著的光电协同作用,用于光电协同控制液滴滑动。3)在界面制备和研究过程中我们发现界面微观结构力学稳定性差,导致材料性能不稳定,因此我们进一步探索了聚合物凝胶材料力学行为的改进方法。通过光引发聚合法制备了具有优异拉伸和抗压缩性能的三维网络大孔结构的蒙脱土/聚丙烯酸(OMMT/PAA)复合水凝胶,该水凝胶同时具有优异的吸水性。系统研究了有机蒙脱土和初始前驱体溶液中去离子水含量对OMMT/PAA复合水凝胶力学性能和吸水量的影响,发现在OMMT和去离子水含量分别为10 wt%和95.7 wt%时OMMT/PAA水凝胶的力学性能最强。力学性能最好的OMMT/PAA复合水凝胶的最大拉伸长度和抗压载重分别为2200%和650 g,同时撤除外力凝胶能快速恢复到初始状态。凝胶的应力应变曲线亦证明了含10%OMMT的OMMT/PAA水凝胶具有优异的弹性力学性能和高效可恢复性能。
【学位授予单位】：延安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB381
【图文】：

角示意图；（b）滚动角示意图；（c）Wenzel 模型；（d）Cahematic of (a) Contact angle, (b) Slide angle, (c) Wenzel model, 的理想固体表面在现实世界中几乎不存在，大多数

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本文编号：2764939