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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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超粘附仿生材料研究取得新進(jìn)展 已有2人參與
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超粘附仿生材料研究取得新進(jìn)展 材料表面的浸潤(rùn)特性因其具有廣闊的工業(yè)和日常生活領(lǐng)域應(yīng)用潛力而引發(fā)人們極大的研究興趣，其中實(shí)現(xiàn)同時(shí)具有超疏水性和超高粘附性的仿生納米結(jié)構(gòu)表面是目前這一領(lǐng)域的重要課題。但是由于材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備方面的限制以及對(duì)納米尺度浸潤(rùn)機(jī)制理解的不足，納米結(jié)構(gòu)表面的超疏水且超高粘附性方面的仿生研究面臨巨大的挑戰(zhàn)。最新研究結(jié)果表明，石墨烯具有非常獨(dú)特的浸潤(rùn)特性，有可能成為同時(shí)實(shí)現(xiàn)超疏水和超高粘附性的納米材料，因而備受關(guān)注。 最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）微加工實(shí)驗(yàn)室李俊杰和顧長(zhǎng)志研究員及博士生田士兵等人與國(guó)家納米中心韓東研究員合作，在前期各種微納分級(jí)結(jié)構(gòu)的仿生及表面浸潤(rùn)特性的研究基礎(chǔ)上（Nanotechnology, 22, 395301 (2011)），設(shè)計(jì)并制備出花狀石墨烯/硅納米錐復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了其表面超疏水兼超高粘附力的特性，具有164° 接觸角和254μN(yùn)粘附力 (5μL水滴)，遠(yuǎn)超過目前有文獻(xiàn)報(bào)道的粘附力最高值�；钍┍砻娴氖杷院图{米邊緣處的親水性共存的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得這種復(fù)合結(jié)構(gòu)表面同時(shí)具有超疏水和高粘附特性，而硅納米錐結(jié)構(gòu)則優(yōu)化了花狀石墨烯的表面分布，極大提高表面浸潤(rùn)特性。這種具有超疏水高粘附的花狀石墨烯/硅納米錐復(fù)合結(jié)構(gòu)制備方法具有簡(jiǎn)單，低成本、工業(yè)兼容等優(yōu)點(diǎn)，其中硅納米錐是通過專利技術(shù)－低溫?zé)o掩膜等離子刻蝕方法大面積獲得的，而花狀少層石墨烯則是通過HFCVD方法可控制備。 這種花狀石墨烯/硅納米錐復(fù)合納米結(jié)構(gòu)材料表面與自然界中壁虎爪的微觀結(jié)構(gòu)十分相似并展現(xiàn)出超粘附的奇異特性，在工程粘附、微液滴操控等方面具有非常廣闊的應(yīng)用前景。此外，這種復(fù)合納米結(jié)構(gòu)表面浸潤(rùn)特性也表現(xiàn)出與自然界中玫瑰花表面相似的浸潤(rùn)特性，足以滿足在微納尺度范圍內(nèi)生物化學(xué)芯片上固定微液滴樣品且不受周圍污染的迫切需求。這種花狀石墨烯/硅納米錐復(fù)合納米結(jié)構(gòu)及其超浸潤(rùn)特性不僅為研究和理解超疏水且超粘附的浸潤(rùn)機(jī)制提供了直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)，而且為設(shè)計(jì)制備新型超粘附仿生納米結(jié)構(gòu)提供一個(gè)新的途徑，同時(shí)極大拓展了石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域。 該結(jié)果發(fā)表在7月16日出版的Scientific Reports上【Scientific Reports. 2, 511（2012）】。 以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部和中國(guó)科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目的資助。[table=692,#ffffff,,0][tr][td] [table=100%,#ffffff,,0][tr][td]  [/td][/tr][tr][td]圖1. 花狀石墨烯/硅納米錐復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備工藝及表面形貌SEM圖[/td][/tr][tr][td] [/td][/tr][tr][td]圖2. 花狀少層石墨烯的TEM微結(jié)構(gòu)圖片、層數(shù)分布、Raman譜及ELES譜。[/td][/tr][tr][td] [/td][/tr][tr][td]圖3. 花狀石墨烯/硅納米錐復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面浸潤(rùn)特性及粘附力測(cè)試結(jié)果。[/td][/tr][/table][/td][/tr][tr][/tr][/table]：附件列表： 下載附件>> Large-scale ordered silicon microtube arrays fabricated by Poisson spot lithography http://www.iop.cas.cn/xwzx/kydt/201208/P020120827554751324626.pdf 下載附件>> Robust adhesion of flower-like few-layer graphene nanoclusters http://www.iop.cas.cn/xwzx/kydt/201208/P020120827554751402755.pdf |
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