具有自修复功能和耐摩擦磨损性能的超疏水材料制备及性能增强研究

This proposal is based on that the current artificial superhydrophobic surfaces have the disadvantages of poor mechanical stability, durability and application, and going to take the strategy that mimicking the ability of self-repairing and the ability of sustaining low surface energy of naturesuperhydrophobic surfaces completely. The polymer with proper flexible and rigidity, and the self-healing supermolecule materials will be synthesised and used as the fundamental materials. The micro-, nano-particles and the micro-capsule which contains the low surface energy compound will be added to fabricate the the microscopic roughness that are necessary for superhydrophobicity. The material surface will be regenerated by the wear of the polymer and the self-healing ability of the supermolecule materials when the surface endures scrub and friction. The micro-capsules will be broken and form a new microscopic roughness. At the same time, the low surface energy compounds inside the capsules flows out and re-modify the surface. Thus a new superhydrophobic surface is regenerated and self-repaired. Furthermore, this proposal is also going to investigate the correlationship between the self-repairing ability and the chemical composition, microstructure morphology and internal structure, and find out the universal structure-activity relationship.

本项目基于目前人工制备的超疏水表面存在机械稳定性、持久性及实用性较差等现状,拟以深入模仿自然界中超疏水表面的自修复能力和能够长期维持表面低自由能这两个重要因素为策略,通过制备恰当的疏水聚合物和具有自愈合功能的超分子为主要材料,利用掺入各类微纳米颗粒或包覆有低表面能化合物的微容器来构筑表面微纳米粗糙结构。当材料表面受到摩擦磨损时,利用基材疏水聚合物以及超分子材料的自愈合形成新生表面,通过从内部暴露出来的微纳米颗粒或破裂的微容器来增加材料表面的粗糙度和低自由能，从而获得材料表面超疏水性能的自修复。此外本项目欲通过研究材料的超疏水自修复性能和其化学组成、微观形态及内部结构等因素之间的关系,揭示广泛的构效规律,为全面仿生制备各类具有自修复性能的超疏水材料提供依据。本项目通过研究超疏水材料的耐摩擦磨损性和自修复性能,对持久性超疏水材料的制备具有一定的理论研究和应用价值。

超疏水材料由于其独特的浸润性在防水、自净、减阻、油水分离、降低表面粘附和表面作用力等方面展示出了非常惊人的优异性质以及巨大的应用前景,使得固体表面的极端润湿性质的研究更是成为当今材料学界研究的热点。然而,迄今为止超疏水表面并没有得到真正的广泛实际应用,其主要原因为目前人工制备的超疏水材料其耐久性和机械稳定性相对较差。在实际应用过程中，材料表面易遭到破坏，从而导致其疏水性变差，使用寿命大大减短。 .基于以上现状,本项目以深入模仿自然界中超疏水表面的自修复能力和能够长期维持表面低自由能这两个重要因素为策略，通过制备恰当的疏水聚合物和具有自愈合功能的超分子为主要材料,利用掺入各类微纳米颗粒或包覆有低表面能化合物的微容器来构筑表面微纳米粗糙结构，实现了多种耐磨损超疏水材料的成功制备，揭示了广泛的构效规律，为全面仿生制备各类具有耐磨损性能的超疏水材料提供依据。. 此外，鉴于材料学领域发展新趋势的变化，在此项目的进行过程中，通过对超疏水表面构效关系及规律的逐步掌握,我们还对固体颗粒表面特异润湿性调控领域进行了深入研究,获得了多类型具有不同润湿性的超浸润材料。这一研究不仅具有重要的理论研究价值,还拓宽了超浸润材料的应用领域，将促进极端润湿材料在工业和生活中更广泛的应用,也可促进了分子有机材料科学、表面工程、机械表面效应与表面技术的交叉学科领域的发展,同时为我国微电子机械系统、信息技术及航空航天等高新技术领域提供先进的界面材料和技术保证。. 目前，本项目已全面地完成了预期的考核指标。该项目所取得的具体研究成果有: 在国内外高水平及顶级学术期刊上发表研究论文29篇：其中SCI论文24篇, EI论文4篇; 其中一项成果被<< Nature>>评为research highlight ，影响因子8以上论文1篇，影响因子4以上论文3篇, 3以上论文2篇, 2以上论文11篇. 获国家授权发明专利4项，进入实质审查阶段的发明专利4项。