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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 材料區(qū) » 功能材料 » 仿生材料 » 超粘附仿生材料研究取得新進展
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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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超粘附仿生材料研究取得新進展 已有2人參與
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超粘附仿生材料研究取得新進展 材料表面的浸潤特性因其具有廣闊的工業(yè)和日常生活領域應用潛力而引發(fā)人們極大的研究興趣，其中實現(xiàn)同時具有超疏水性和超高粘附性的仿生納米結構表面是目前這一領域的重要課題。但是由于材料結構設計和制備方面的限制以及對納米尺度浸潤機制理解的不足，納米結構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)。最新研究結果表明，石墨烯具有非常獨特的浸潤特性，有可能成為同時實現(xiàn)超疏水和超高粘附性的納米材料，因而備受關注。 最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）微加工實驗室李俊杰和顧長志研究員及博士生田士兵等人與國家納米中心韓東研究員合作，在前期各種微納分級結構的仿生及表面浸潤特性的研究基礎上（Nanotechnology, 22, 395301 (2011)），設計并制備出花狀石墨烯/硅納米錐復合納米結構，成功實現(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粘附力 (5μL水滴)，遠超過目前有文獻報道的粘附力最高值。花狀石墨烯表面的疏水性和納米邊緣處的親水性共存的結構特點使得這種復合結構表面同時具有超疏水和高粘附特性，而硅納米錐結構則優(yōu)化了花狀石墨烯的表面分布，極大提高表面浸潤特性。這種具有超疏水高粘附的花狀石墨烯/硅納米錐復合結構制備方法具有簡單，低成本、工業(yè)兼容等優(yōu)點，其中硅納米錐是通過專利技術－低溫無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/硅納米錐復合納米結構材料表面與自然界中壁虎爪的微觀結構十分相似并展現(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用前景。此外，這種復合納米結構表面浸潤特性也表現(xiàn)出與自然界中玫瑰花表面相似的浸潤特性，足以滿足在微納尺度范圍內(nèi)生物化學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/硅納米錐復合納米結構及其超浸潤特性不僅為研究和理解超疏水且超粘附的浸潤機制提供了直接實驗證據(jù)，而且為設計制備新型超粘附仿生納米結構提供一個新的途徑，同時極大拓展了石墨烯的應用領域。 該結果發(fā)表在7月16日出版的Scientific Reports上【Scientific Reports. 2, 511（2012）】。 以上工作得到了國家自然科學基金委員會、科技部和中國科學院相關項目的資助。[table=692,#ffffff,,0][tr][td] [table=100%,#ffffff,,0][tr][td]  [/td][/tr][tr][td]圖1. 花狀石墨烯/硅納米錐復合結構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微結構圖片、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/硅納米錐復合結構的表面浸潤特性及粘附力測試結果。[/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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