仿生疏油、抗生物粘附水凝胶复合材料的制备及研究

基于油/水/固三相体系，仿生设计制备高机械强度的疏油与抗生物粘附材料。选用常见的具有代表性的高分子水凝胶（聚丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚异丙基丙烯酰胺等），与层状无机材料（粘土，水滑石等）插层复合，制备高机械强度的水凝胶复合材料。在该复合材料表面引入仿生微纳米结构，探究表面结构对水/油/固三相体系中浸润性与抗生物粘附的影响。基于水凝胶材料的智能响应性（如温度，PH等），研究在外场刺激时水/油/固三相体系中，水凝胶表面对油滴的浸润性以及生物粘附的响应性。本项目拓宽了传统的浸润性研究领域，为设计制备环保的新型水下疏油防污材料提供了一种新的思路，既具有创新性，又具有重要的科学意义，在抗生物粘附材料，水下自清洁材料，及船舶防污涂层等领域具有重要的应用前景。

本课题从自然界中鱼皮的自清洁能力得到启发，基于油/水/固三相体系，仿生设计制备功能性水下疏油材料与抗生物粘附材料。首先，基于对水/油/固三相体系中浸润性与粘附的研究，建立了该体系新的浸润性模型，探讨了该体系的浸润性机理，并据此提出了水下超疏油表面的指导性设计思路与方法。然后，依据此设计方法选用常见的高分子水凝胶与层状无机材料，通过插层复合和二次覆形引入微纳结构等方法，成功制备了具有水下超疏油性质的高机械强度的水凝胶复合材料。另外，成功利用氧化铜等无机材料制备了具有不同粘附行为的水下超疏油材料。随后，通过智能响应性（如温度，电场等）材料的引入，研究了在外场刺激时水/油/固三相体系中，水下超疏油表面对油滴的浸润性以及生物粘附的响应性，在水下浸润性智能可控领域进行了开辟性的研究。最后，设计制备多种具有实际应用性的功能化水下超疏油材料，如油水分离材料，油水界面机器人，水下油滴操控装置等。这些研究在油/水/固三相体系的浸润性研究领域具有重要的指导意义，并具有广泛的应用前景。