快速机械修复表面润湿性及行为机理

Self-healing function of superamphiphobic surface exsiting in nature provides a new research direction for construction of biomimetic superamphiphobic surface. Though self-healing superamphiphobic surface gradually becomes the research focus，the self-healing process is slow since it relies on molecular thermal diffusion to the outmost surface. This proposal aims to study how to use the mechanical force to accelerate the healing speed for repairing the damaged surface. The repair liquid will fill with the interspace of the amphiphobic surface and be pushed to the surface to repair the superamphiphobicity due to their low surface energy and flowability, so the service life of superamphiphobic surfaces can be prolonged. Superamphiphobic surface with high specific surface area will be constructured for being filled with more repairing liquid. At the same time, it still maintains the superamphiphobicity. Internal relationships among the spatial structure interface and repairing liquid will be established via study the release of repair liquid to the spatial structure. By using the dynamic contact angle method, deformation of the elsatomer and hydrodynamic performance of repair liquid under the applied external force will be investigated to study the repair mechanism. The repair law of repaid mechanical repair wettability obtained will provide new way and theoretical support for the bionic superamphiphobic surface design and perapration.

自然界中超疏表面的自修复功能为仿生超疏界面的研究提供了新的研究方向。虽然自修复超疏界面的研究成为热点，但是其修复原理基本依赖分子的热扩散运动，很难进行快速自修复。本项目旨在研究如何利用机械力作用，将受到损伤的超疏表面快速修复。拟将修复液体填充到超疏表面的空间结构中，利用修复液体的流动性和低表面能的性质，来快速修复表面的超疏性能，延长其使用寿命。拟构筑具有高比表面积的空间结构，在保证其超疏性能的同时，能够填充、吸附更多的修复液体。通过研究空间结构内表面对修复液体的吸附及释放能力，确立空间结构、内表面与修复液之间内在的关联。通过研究动态接触角的方法，考察机械力作用下空间结构的形变及修复液体的流体力学性能来研究修复机理。总结出机械力修复极端润湿表面的修复规律，为仿生超疏界面的设计制备提供新的思路和理论支持。

开展了仿生超疏水表面及超双疏表面的设计、制备、表征与应用的系统研究工作，研究了特殊浸润性表面与其表面微结构和表面化学的内在关系，并研究了温度作用、机械力作用、近红外光作用下表面特殊浸润性的自修复能力。聚多巴胺复合纳米胶囊的球形结构与其表面烷基链的低表面能化学特性协同作用，赋予织物表面微纳双级结构和低表面自由能，实现了织物表面的疏水性能。外力作用下疏水性丧失后，温度、光致热或者机械力作用可以使聚多巴胺胶囊封装的低表面能分子熔化并释放迁移至 聚多巴胺胶囊表面，降低表面的自由能，实现织物表面疏水性能的自修复。PDA@ODA胶囊在织物表面的强粘附性，可以赋予疏水性织物良好的耐洗涤和耐磨损能力，从而提高了疏水性织物的耐用性。在自清洁应用中，PDA@ODA 纳米胶囊修饰的疏水性织物对液体和固体污染物均具有良好的防污和自清洁能力；基于近红外光和Fe3O4纳米颗粒之间的光热效应，近红外光作用可以使PDA胶囊内部产生光热作用而促使封装的低表面能物质快速释放并迁移至织物表面，从而在40s之内就可以极为快速的修复其超疏水性能；外力作用下超疏水性能丧失后，机械力（拉伸、挤压、摩擦）作用可以促使PDA胶囊封装的ODA或ODT有效释放，并使其成功迁移至PDA胶囊表面而降低织物的表面自由能，实现织物表面超疏水性能的自修复。机械力及日常机械洗涤作用可以成功应用于超疏水表面的自修复过程；PDA@FAS-PFOL纳米胶囊沉积形成的葫芦状凹角微纳双级结构结合全氟类低表面能物质可以实现织物表面的超双疏性能。.. 以上的研究成果，将为润湿性材料的制备和设计提供一种新的低成本的方法，为深入自修复润湿性材料的研究以及拓展其在大面积防污、防结冰、流体输送、自清洁涂层材料等方面的应用提供理论和技术支持。