北航鄭詠梅教授Adv. Funct. Mater.: 液滴在光熱有機凝膠表面的傳輸

tt 5年前 (2018-07-26) 8213瀏覽

【引言】

控制微觀液滴的傳輸在很多研究領域都受到了一定的關注，比如，微流體、液體傳輸和微引擎。因而發展了很多方法來達到這個目的，比如，物理化學、熱、電、磁和光誘導技術。在這些方法中，光誘導技術因為非接觸刺激和很好的時空控制等優點受到了廣泛的關注。目前，用來設計控制微液滴流動表面的原理主要為光響應材料和光致輻射，比如，一個光異構化的單層表面在梯度光強的照射下可以發生液滴移動。然而，目前為止，這種表面的設計依然存在一些問題，比如較高的磁滯阻力和較短的傳輸距離。因而，設計新型的復合表面實現有效的液滴傳輸依然存在挑戰。

【成果簡介】

近日，北京航空航天大學鄭詠梅教授課題組利用潤滑油浸潤的方法將Fe3O4納米粒子嵌入聚二甲基硅氧烷中制備了光響應的有機凝膠表面。通過近紅外光輻射的觸發，被輻射的有機凝膠表面會迅速產生局部動態溫度梯度來實現液滴傳輸。這種有機凝膠表面可實現包括水、乙二醇、丙二醇在內的等多種液滴的傳輸。此工作為后續設計新型的液滴傳輸表面提供了一種新的思路。該成果以題為"Droplets Manipulated on Photothermal Organogel Surfaces"發表在Adv. Funct. Mater.上。論文第一作者是北京航空航天大學 高春雷博士。

【圖文導讀】

圖1.?光響應有機凝膠表面的設計

(a).圖示液滴在光驅動下在光響應有機凝膠表面的移動

(b).光熱的Fe3O4納米粒子在凝膠內可迅速將近紅外光轉換成熱

(c).圖示光響應有機凝膠的制作

(d).光響應有機凝膠表面的SEM圖

(e).高分辨率的SEM圖

(f).POS表面的納米尺寸的凸起為45°

(g).POS側面的SEM圖

圖2. POS的光熱和浸潤表征

(a).POS和OS在近紅外光照射下的紅外照片

(b).POS在近紅外光照射下隨時間的溫度變化

(c).POS在加熱-冷卻循環中的熱表現

(d).導熱系數和熱擴散率

(e).在不同輻射時間中?T的變化

(f).POS上不同液體的CAs和SAs

圖3.光誘導液滴在POS上的運動

(a、b).丙二醇和乙二醇液滴在6秒內在POS上的移動的時間序列圖

(c).兩種不同大小的液滴在傾斜的POS上移動的時間序列圖

(d).液滴的時間序列圖

圖4.丙二醇液滴在POS上的表征

(a).丙二醇液滴在POS上的光誘導變形

(b).近紅外光照射下，水滴在POS上的近紅外圖像

(c).T和?T在測試線上的數值

圖5.光誘導液滴在POS上的運動

(a).水滴在近紅外光照射下隨時間的變化

(b).圖示水滴在POS上移動的側面圖

(c).液滴體積和POS中的Fe3O4納米粒子的含量對液滴移動速度的影響

圖6.光誘導液滴在POS上的運動

(a).水滴在水平POS上光誘導可逆運動的時間序列圖像

(b).水滴在POS上光誘導合并的時間序列圖

(c).液滴在光照下環形

【小結】

在這個工作中，作者利用潤滑油浸潤的方法將Fe3O4納米粒子嵌入聚二甲基硅氧烷中制備了光響應的有機凝膠表面。通過近紅外光輻射的觸發，被輻射的有機凝膠表面會迅速產生局部動態溫度梯度來實現液滴傳輸。這種有機凝膠表面可實現包括水、乙二醇、丙二醇在內的等多種液滴的傳輸。

文獻鏈接：Droplets Manipulated on Photothermal Organogel Surfaces(Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201803072)

通訊作者簡介：

鄭詠梅：

北京航空航天大學，化學學院，教授，博士生導師

電話：010-82338212；Email：zhengym@buaa.edu.cn

現從事仿生梯度界面材料物理化學研究；研究仿生界面材料制備的物理、化學、納米技術等交叉技術與方法；研究仿生界面多梯度協同效應引發的動態浸潤性調控，包括霧水收集特性、凝結液滴驅動與傳輸特性、低溫超疏水/防霧/防覆冰特性與功能、以及機理分析與揭示等。在國際頂級期刊《自然》以第一單位第一作者身份發表學術封面論文（Directional water collection on wetted spider silk. Nature 2010, 463, 640, Cover story），首次揭示蜘蛛絲集水效應，提出多協同驅動液滴機制。迄今在Nature；Adv. Mater.；Angew. Chem. Int. Ed.; ACS Nano, Adv. Funct. Mater.；Small；等國內外學術期刊發表SCI學術論文100余篇，封面作12篇。撰寫專著1部（Bioinspired wettability surface: Development in micro- and nanostructures）。研究工作被Nature、BBC、RSC、Wiley 新聞網站特征宣傳并多篇研究論文被Nature Materials，Nature Communication，Science等頂級期刊引用。主持國家自然科學基金重點項目，國家重大科學研究計劃973項目課題等。中國復合材料學會理事、全國材料新技術發展研究會常務理事、中國化學學會會員（CCS）、美國化學會會員（ACS）、國際仿生工程學會（ISBE）會員、國際先進材料學會（IAAM）會員。2016年榮獲國際仿生工程學會（ISBE）杰出貢獻獎等。主頁Website: http://www.zhengyongmei.polymer.cn

代表性論文：

  1. Y. Zheng, H. Bai, Z. Huang, X. Tian, F. –Q. Nie, Y. Zhao, J. Zhai & L. Jiang*.

Directional water collection on wetted spider silk.

Nature 2010, 463, 640?643. (Cover story, Highlight by Nature, BBC, RSC et al) ?

  1. H. Bai, X. Tian, Y. Zheng*, J. Ju & L. Jiang*.

Direction controlled driving of tiny water drops on bio-inspired artificial spider silks.

Adv. Matter. 2010, 22, 5521–5525. (Cover story, Highlight by Nature).

  1. X. Tian, Y. Chen, Y. Zheng*, H. Bai & L. Jiang*.

Controlling water capture of bio-inspired fibers with hump structures.

Adv. Mater. 2011, 23, 5486-5491. (Cover story, Highlight by RSC)

  1. H. Bai, J. Ju, R. Sun, Y. Chen, Y. Zheng* & L. Jiang*.

Controlled fabrication and water collection ability of bioinspired artificial spider silks.

Adv. Mater. 2011, 23, 3708-3711. (Cover story)

  1. P. Guo, Y. Zheng*, M. Wen, C. Song, Y. Lin & L. Jiang.

Icephobic/anti-icing properties of micro-/nanostructured surfaces.

Adv Mater. 2012, 24, 2642-2648.

  1. H. Bai, J. Ju, Y. Zheng* & L. Jiang*.

Functional fibers with unique wettability inspired by spider silks.

Adv. Mater. 2012, 24, 2786-2791. (Inside Front Cover)

  1. H. Bai, L. Wang, J. Ju, R. Sun, Y. Zheng*, & L. Jiang.

Efficient water collection on integrative bioinspired surfaces with star-shaped wettability patterns.

Adv. Mater. 2014, 26, 5025-5030.

  1. C. Liu, J. Ju, J. Ma*, Y. Zheng* & L. Jiang*.

Directional drop transport achieved on high-temperature anisotropic wetting surface.

Adv. Mater. 2014, 26, 6086-6091. (Highlight by MaterialsViewChina of Wiley)

  1. M. Zhang, L. Wang, Y. Hou, S. Feng, Y. Zheng*.

Controlled smart anisotropy unidirectional spreading of droplet on fibrous surface.

Adv. Mater. 2015, 27, 5057–5062.

  1. L. Wang, Q. Gong, S. Zhan, L. Jiang & Y. Zheng*.

Robust Anti-Icing Performance of Flexible Superhydrophobic Surface.

Adv. Mater. 2016, 28, 7729–7735.

本文由材料人學術組gaxy供稿，材料牛整理編輯。 ?

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