Geminized两亲聚合物刷构建的功能表面及其防污机理研究

The interaction between contaminants and surface relates to many subjects, such as energy, biosciences, marine antifouling, etc. In recent years, building functional surfaces owning the ability of reducing and avoiding the adhesion of polar organic contaminants (e.g., asphaltene, resin, or protein) has become a hot topic. However, lack of basic researches and materials has hindered the development and application of related technologies. Because of its unique molecular structure and self-assembly behavior, the functional surface which modified by geminized amphiphilic polymer has a great potential in anti asphaltene pollution. Through this project, the interaction between the functional surface modified by geminized amphiphilic polymer brush and asphaltene will be investigated. Functional surface will be adjusted by the polymer structures, such as charge density, hydrophobicity, and spatial effect. The interaction force between asphaltene molecules and functional surfaces will be measured by chemical force microscopy in situ to discuss the nature of this interaction. The internal relations between the structure factors and anti pollution ability will be revealed and the antifouling mechanism of the functional surface will be elucidated. A theoretical basis for the mechanism of anti polar organic pollution will be provided and the results will be helpful to design novel functional surfaces.

污染物与表面间的相互作用涉及到能源、生命科学、海洋防污等各个学科，利用具有防污染能力的功能表面降低和避免极性有机污染物（如沥青质、胶质、蛋白质等）的粘附是近年发展起来的热门课题，但基础研究的欠缺和表面材料的匮乏阻碍了相关技术的发展和应用。Geminized两亲聚合物由于其独特的分子结构和分子自组装行为，所修饰的功能表面在抗沥青质污染方面极具潜力。申请人提出，通过对Geminized两亲聚合物刷构建的功能表面与沥青质相互作用的研究，调节聚合物的电荷密度、疏水性、空间作用等结构因素，利用化学力显微镜法原位、定量测定沥青质分子与不同结构的功能表面之间的相互作用力，探讨二者的相互作用本质。揭示这些结构因素与防污染能力之间的内在关系，阐明Geminized两亲聚合物修饰的功能表面的防污机理，为功能表面抗极性有机物污染机理的研究以及新型功能表面的设计提供理论依据。

污染物与表面间的相互作用与人类的生产和生活紧密相关，涉及到能源、生命科学、海洋防污等诸多领域。利用具有防污染能力的功能表面降低和避免极性有机污染物的粘附是近年发展起来的热门课题，但基础研究的欠缺和表面材料的匮乏阻碍了相关技术的发展和应用。Geminized两亲聚合物由于其独特的分子结构和分子自组装行为，所修饰的功能表面在抗沥青质污染方面极具潜力。我们通过对Geminized两亲聚合物刷构建的功能表面与沥青质相互作用的研究，调节聚合物的电荷密度、疏水性、空间作用等结构因素，利用化学力显微镜法原位、定量测定了沥青质分子与不同结构的功能表面之间的相互作用力，揭示了这些结构因素与防污染能力之间的内在关系，构筑了防污性能优异的Geminized两亲聚合物功能表面。对二碘甲烷、十六烷、乙醇、食用油、泵油和原油等多种有机污染物均具有优异的防粘附特性，自清洁效果优于特氟龙等先进材料。聚合物表面具有95%以上的透过率，适用于玻璃、金属、陶瓷、木器多种基材，可经过4000次织物摩擦循环磨损、冲击、刀刮，可在盐溶液中腐蚀7天依然保持良好的抗粘附性能。有望从根本上解决原油等复杂有机体系的粘附问题，为新型防污材料的设计与研究提供理论依据和技术储备，极具经济价值和社会效益。研究结果发表SCI论文19篇，累积影响因子80.762。应邀在2017~2019年度中国重要学术会议上做报告并获得大会特等奖1项、一等奖2项。