【4118cc云顶集团】兰州化物所基于硅烷和硅酸盐

来源:http://www.020tL.com 作者:云顶集团简介 人气:191 发布时间:2019-09-22
摘要:通过简单地控制甲基三氯硅烷的气相沉积或液相聚合,可在各种表面上(如棉布、羊毛、丝绸、聚氨酯纤维、木材、醋酸纤维素、玻璃、石英、硅片、钛合金和铝箔等)形成SNFs超疏水涂

通过简单地控制甲基三氯硅烷的气相沉积或液相聚合,可在各种表面上(如棉布、羊毛、丝绸、聚氨酯纤维、木材、醋酸纤维素、玻璃、石英、硅片、钛合金和铝箔等)形成SNFs超疏水涂层。然而,SNFs的制备局限于小分子硅烷,由于空间位阻较大,长链烷基硅烷无法形成SNFs结构。通过引入正硅酸乙酯或四氯硅烷,减小聚合反应的空间位阻,首次采用长链烷基硅烷制备SNFs,一步反应制备了透明超双疏涂层。

近年来,仿生超疏水、超双疏和超滑涂层等特殊润湿性涂层、材料快速发展但是这些仿生特殊润湿性材料普遍存在机械稳定性差、制备方法复杂昂贵、低表面能液体易粘附和基底材料性质依赖性强等问题。

2013年,研究小组首次采用凹凸棒石等天然纳米材料,合成了稳定超疏水涂层。凹凸棒石是一种含水富镁铝的硅酸盐黏土矿物,是一种天然的一维纳米材料。凹凸棒石在我国储量巨大,集中于甘肃临泽、江苏盱眙等地。随着研究的深入,另一个问题摆在面前。当超疏水涂层遇到油或其他有机物,涂层会失效。2016年,研究小组首次采用凹凸棒石制备了稳定超双疏涂层,具有优异的超双疏性能、超疏热液体性能和综合稳定性及较好的自修复性。研究表明,凹凸棒石在构筑超疏水、超双疏涂层方面优于膨润土、海泡石和高岭石等其他黏土矿物。在此基础上,拓展了其在药物控释和液体弹珠等领域的应用,实现了空气层调控的药物控释和不同表面能液体弹珠的可控制备。此外,通过控制硅烷在凹凸棒石表面的水解缩合反应,制备了水性超疏水涂层,也具有优异的综合性能。

“我们要做可以应用的硅基仿生自清洁材料。”中科院兰州化学物理研究所甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室张俊平研究员对记者说。

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云顶娱乐场yd111,4118cc云顶集团,SNFs超双疏、超滑涂层:通过简单地控制甲基三氯硅烷的气相沉积或液相聚合,可在各种表面上形成SNFs超疏水涂层。然而,SNFs的制备仅限于小分子硅烷,由于空间位阻较大,长链烷基硅烷无法形成SNFs结构。通过引入正硅酸乙酯或四氯硅烷,减小聚合反应的空间位阻,第一次采用长链烷基硅烷制备SNFs,一步反应制备了透明超双疏涂层。通过将低表面能全氟聚醚液体铺展于氟化处理的SNFs表面上,制备仿猪笼草超滑表面。研究表明,液滴在超滑表面上的运动速度远远小于在超疏水表面上的运动速度,而且表面的纳米结构和倾斜角度、低表面能润滑剂的黏度和液膜厚度及液滴的理化性能都会对液滴的运动速度产生较大的影响。另外,对超滑表面上液体膜蒸发引起的仿猪笼草超滑表面向仿荷叶超双疏表面转变的过程进行研究。研究发现,在向超双疏表面转变的过程中存在一个高粘附过渡态,各种表面能的液滴在该过渡表面上都处于Wenzel状态,牢固粘附于表面,导致其丧失自清洁性,制约其实际应用。

“不能碰,摸一下就失去功能。”张俊平说,机械稳定性差、制备方法复杂、昂贵,低表面能液体易粘附和基底材料性质依赖性强等问题,成为仿生自清洁材料实际应用的瓶颈因素。

机械稳定性差,仿生材料难应用

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玛雅蓝具有优异的稳定性,长年累月的气温变化和潮湿的空气也无法使它褪色,它是一种具有艳丽色彩的有机-无机复合颜料,由凹凸棒石和一种来自植物的靛蓝分子复合而成。。在前期类玛雅蓝颜料和仿生自清洁涂层的研究基础上,研究人员首次将类玛雅蓝颜料与超疏水、超双疏涂层相结合,制备了色彩丰富的自清洁类玛雅蓝颜料和涂层。超疏水、超双疏涂层的引入,显著提高了类玛雅蓝颜料的稳定性,并赋予其自清洁性能。

“我们要做可以应用的硅基仿生自清洁材料。”中科院兰州化学物理研究所甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室张俊平研究员对记者说。

源于自然,高于自然,实现稳定超疏水

图2.硅烷聚合物稳定超疏水织物和特殊润湿性薄膜用于水体净化

硅烷聚合物/黏土矿物纳米复合超疏水、超双疏涂层:在上述研究工作基础上,首次在硅烷聚合反应过程中引入凹凸棒石和碳纳米管等纤维状纳米材料,合成一系列新型硅烷聚合物纳米复合材料,在多种基底材料上制备稳定超疏水、超双疏涂层,涂层表现出优异的机械、化学和环境稳定性和一定的自修复性。研究表明,凹凸棒石在构筑超疏水、超双疏涂层方面优于膨润土、海泡石和高岭石等其他黏土矿物。在此基础上,拓展了其在药物控释和液体弹珠等领域的应用,实现了空气层调控的药物控释和不同表面能液体弹珠的可控制备。除此之外,通过控制硅烷在凹凸棒石表面的水解缩合反应,制备水性超疏水涂层,表现出优异的综合性能。

凹凸棒石,让仿生材料更环保

出淤泥而不染的荷叶,捕虫高手猪笼草,科学家们研究仿生,利用自然界赋予的神奇功效为人类服务。然而,仿生“荷叶”和“猪笼草”却有一颗“玻璃心”,一旦受到外界触碰,“自清洁”功能也随即消失。

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粗糙表面硅烷聚合物稳定超疏水涂层:机械稳定性差是限制超疏水表面和超双疏表面实际应用的瓶颈因素。为此,通过硅烷的筛选并控制反应条件,制得新型硅烷聚合物;采用浸涂法制备无氟稳定超疏水织物,具有优异的耐摩擦、耐机洗和耐干洗性能。基于此,通过与磁性纳米粒子、光催化材料和多巴胺等结合,制备磁性油水分离海绵、光催化油水分离材料和自清洁抗生物粘附材料等。

源于自然,高于自然,实现稳定超疏水

针对超疏水材料机械稳定性差的问题,2013年,研究小组从粗糙基底入手,采用浸涂法制备出了无氟硅基稳定超疏水织物(如聚酯、棉、羊毛、丝绸等),具有优异的耐摩擦、耐机洗和耐干洗性能,可应用于服装、包等户外用品。在此基础上,通过与磁性纳米粒子、光催化材料和多巴胺等结合,制备了磁性油水分离海绵、光催化油水分离材料和自清洁抗生物粘附材料等。相关研究成果发表在《化学通讯》等杂志上。

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中国科学院兰州化学物理研究所甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室研究员张俊平团队在基于硅烷和硅酸盐黏土矿物的特殊润湿性材料研究取得系列进展,制备了性能优异的硅烷聚合物纳米纤维超双疏、超滑涂层,粗糙表面硅烷聚合物稳定超疏水涂层,硅烷聚合物/黏土纳米复合超疏水、超双疏涂层和硅烷聚合物超疏水、超双疏3D泡沫材料。

加固仿生自清洁材料“玻璃心” 中科院兰州化物所研发面向应用的硅基仿生材料

玛雅蓝是一种具有艳丽色彩的有机—无机复合颜料,由凹凸棒石和一种来自植物的靛蓝分子复合而成,古代玛雅人将其广泛应用于壁画、陶器和雕刻中。玛雅蓝具有优异的稳定性,长年累月的气温变化和潮湿的空气也无法使它褪色。在前期类玛雅蓝颜料和仿生自清洁涂层的研究基础上,研究人员首次将类玛雅蓝颜料与超疏水、超双疏涂层相结合,制备了色彩丰富的自清洁类玛雅蓝颜料和涂层。超疏水、超双疏涂层的引入,显著提高了类玛雅蓝颜料的稳定性,并赋予其自清洁性能,可应用于耐久性涂料或文物修复。

在上述研究工作基础上,首次在硅烷聚合反应过程中引入凹凸棒石和碳纳米管等纤维状纳米材料,合成一系列新型硅烷聚合物纳米复合材料,在多种基底材料上制备稳定超疏水、超双疏涂层,涂层表现出优异的机械、化学和环境稳定性和一定的自修复性。研究表明,凹凸棒石在构筑超疏水、超双疏涂层方面优于膨润土、海泡石和高岭石等其他黏土矿物。在此基础上,拓展了其在药物控释和液体弹珠等领域的应用,实现了空气层调控的药物控释和不同表面能液体弹珠的可控制备。此外,通过控制硅烷在凹凸棒石表面的水解缩合反应,制备水性超疏水涂层,表现出优异的综合性能。

硅烷聚合物超疏水、超双疏3D泡沫材料:较之超疏水、超双疏涂层,超疏水、超双疏3D泡沫材料具有独特的3D多孔结构,结合仿生涂层的特殊润湿性和3D泡沫材料的多孔结构,在油水分离等诸多领域具有广泛的应用前景。目前,普遍采用表面涂覆的方式在传统3D泡沫材料表面引入超疏水涂层,超双疏3D泡沫材料报道极少。为此,通过控制硅烷的水解缩合,经一步反应或模板法制备了超疏水硅烷聚合物3D泡沫材料,表现出优异的超疏水性能、稳定性和弹性。在此基础上,通过氟硅烷的进一步水解缩合,将其转变为超双疏硅烷聚合物3D泡沫材料,并进一步提高其力学性能和耐温性。另外,通过NaCl模板法制备了PDMS高强度3D泡沫材料。

出淤泥而不染的荷叶,捕虫高手猪笼草,科学家们研究仿生,利用自然界赋予的神奇功效为人类服务。然而,仿生“荷叶”和“猪笼草”却有一颗“玻璃心”,一旦受到外界触碰,“自清洁”功能也随即消失。

目前,团队还制备出超疏水、超双疏硅基3D泡沫材料,它独特的3D多孔结构在过滤、油水分离、污染物分离等诸多领域具有广泛的应用前景。

图3.基于凹凸棒石的超双疏涂层和水性超疏水涂层

机械稳定性差,仿生材料难应用

一个个难关的攻克,让团队有信心向更高目标发起冲刺——“绿色”稳定超疏水、超双疏涂层。“以往制备涂层都使用合成纳米材料,不仅价格昂贵,还会污染环境。”张俊平说,为什么不用天然纳米材料制备仿生自清洁涂层呢?

研究工作得到了中科院百人计划、国家自然科学基金和江苏省科技支撑项目的资助。

《中国科学报》 (2017-12-25 第6版 院所)

在上述工作基础上,研究小组通过在硅烷聚合反应过程中引入碳纳米管等纤维状纳米材料,合成了一系列新型硅烷聚合物纳米复合材料,成功地在多种基底材料上制备了稳定超疏水涂层,涂层表现出优异的机械、化学和环境稳定性和一定的自修复性。

图4.基于类玛雅蓝颜料的彩色超疏水涂层和溶剂致变色自清洁类玛雅蓝颜料

上述研究工作得到了中科院“百人计划”、国家自然科学基金项目的资助。

2013年,研究小组首次采用凹凸棒石等天然纳米材料,合成了稳定超疏水涂层。凹凸棒石是一种含水富镁铝的硅酸盐黏土矿物,是一种天然的一维纳米材料。凹凸棒石在我国储量巨大,集中于甘肃临泽、江苏盱眙等地。随着研究的深入,另一个问题摆在面前。当超疏水涂层遇到油或其他有机物,涂层会失效。2016年,研究小组首次采用凹凸棒石制备了稳定超双疏涂层,具有优异的超双疏性能、超疏热液体性能和综合稳定性及较好的自修复性。研究表明,凹凸棒石在构筑超疏水、超双疏涂层方面优于膨润土、海泡石和高岭石等其他黏土矿物。在此基础上,拓展了其在药物控释和液体弹珠等领域的应用,实现了空气层调控的药物控释和不同表面能液体弹珠的可控制备。此外,通过控制硅烷在凹凸棒石表面的水解缩合反应,制备了水性超疏水涂层,也具有优异的综合性能。

粗糙表面硅烷聚合物稳定超疏水涂层

“我们要做可以应用的仿生自清洁材料。”奔着这个目标,从2009年,张俊平团队开始研究硅基仿生超疏水、超双疏材料。

“我们要做可以应用的仿生自清洁材料。”奔着这个目标,从2009年,张俊平团队开始研究硅基仿生超疏水、超双疏材料。

硅烷聚合物/黏土矿物纳米复合超疏水、超双疏涂层

在上述工作基础上,研究小组通过在硅烷聚合反应过程中引入碳纳米管等纤维状纳米材料,合成了一系列新型硅烷聚合物纳米复合材料,成功地在多种基底材料上制备了稳定超疏水涂层,涂层表现出优异的机械、化学和环境稳定性和一定的自修复性。

(原载于《中国科学报》 2017-12-25 第6版 院所)

SNFs超双疏、超滑涂层

“出淤泥而不染,濯清涟而不妖。”人们很早就知道荷叶表面有“自清洁”效应。其实,天鹅羽毛、北极熊皮毛也具有类似功能。另外,猪笼草捕虫笼口部具有超滑作用,从而能够捕获昆虫。近年来,仿荷叶超疏水涂层、超双疏涂层及仿猪笼草超滑涂层等特殊润湿性涂层、材料受到较高关注。它们可以用来防污染、防腐、防雪、防结冰以及流体减阻等,在人们的日常生活中有着极其广阔的应用前景。

凹凸棒石,让仿生材料更环保

硅烷聚合物超疏水、超双疏3D泡沫材料

■本报记者 刘晓倩

“不能碰,摸一下就失去功能。”张俊平说,机械稳定性差、制备方法复杂、昂贵,低表面能液体易粘附和基底材料性质依赖性强等问题,成为仿生自清洁材料实际应用的瓶颈因素。

图5.超双疏硅烷聚合物3D泡沫材料

科学家们研发的仿生自清洁材料可以成功模拟荷叶的超疏水,猪笼草的超滑。然而,大多数研究成果却只能停留在实验室。

研究小组首先通过有机硅纳米线的可控生长,可在各种表面上(玻璃、硅片、纺织品、木材、塑料、铝合金等)形成超疏水、超双疏涂层,但稳定性不高。另外,研究小组还尝试采用有机硅纳米线制备了仿猪笼草超滑涂层,具有机械稳定性高和自修复的特点。然而,仿荷叶超双疏涂层与仿猪笼草超滑涂层在液体运动速度和自清洁性方面有显著区别,仿猪笼草涂层的液膜容易受到污染,且易挥发。液膜挥发会导致其丧失自清洁性,制约实际应用。相关研究成果发表在《先进功能材料》等杂志上。

图1.基于长链硅烷的SNFs透明超双疏涂层和蒸发导致的仿猪笼草超滑表面向仿荷叶超双疏表面的转变

一个个难关的攻克,让团队有信心向更高目标发起冲刺——“绿色”稳定超疏水、超双疏涂层。“以往制备涂层都使用合成纳米材料,不仅价格昂贵,还会污染环境。”张俊平说,为什么不用天然纳米材料制备仿生自清洁涂层呢?

科学家们研发的仿生自清洁材料可以成功模拟荷叶的超疏水,猪笼草的超滑。然而,大多数研究成果却只能停留在实验室。

近年来,仿生超疏水、超双疏和超滑涂层等特殊润湿性涂层、材料快速发展。然而,上述仿生特殊润湿性材料普遍存在机械稳定性差、制备方法复杂昂贵、低表面能液体易粘附和基底材料性质依赖性强等问题,成为其实际应用的瓶颈因素。

目前,团队还制备出超疏水、超双疏硅基3D泡沫材料,它独特的3D多孔结构在过滤、油水分离、污染物分离等诸多领域具有广泛的应用前景。

上述研究工作得到了中科院“百人计划”、国家自然科学基金项目的资助。

在硅烷聚合物特殊润湿性涂层、硅酸盐黏土矿物及其纳米复合材料方面的研究基础上,中国科学院兰州化学物理研究所甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室研究员张俊平团队,在基于硅烷和硅酸盐黏土矿物的特殊润湿性材料研究取得系列进展,制备了性能优异的硅烷聚合物纳米纤维超双疏、超滑涂层,粗糙表面硅烷聚合物稳定超疏水涂层,硅烷聚合物/黏土纳米复合超疏水、超双疏涂层和硅烷聚合物超疏水、超双疏3D泡沫材料。

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“出淤泥而不染,濯清涟而不妖。”人们很早就知道荷叶表面有“自清洁”效应。其实,天鹅羽毛、北极熊皮毛也具有类似功能。另外,猪笼草捕虫笼口部具有超滑作用,从而能够捕获昆虫。近年来,仿荷叶超疏水涂层、超双疏涂层及仿猪笼草超滑涂层等特殊润湿性涂层、材料受到较高关注。它们可以用来防污染、防腐、防雪、防结冰以及流体减阻等,在人们的日常生活中有着极其广阔的应用前景。

机械稳定性差是限制超疏水表面和超双疏表面实际应用的瓶颈因素。为此,通过硅烷的筛选并控制反应条件,制得新型硅烷聚合物;采用浸涂法制备无氟稳定超疏水织物,具有优异的耐摩擦、耐机洗和耐干洗性能。在此基础上,通过与磁性纳米粒子、光催化材料和多巴胺等结合,制备磁性油水分离海绵、光催化油水分离材料和自清洁抗生物粘附材料等。

针对超疏水材料机械稳定性差的问题,2013年,研究小组从粗糙基底入手,采用浸涂法制备出了无氟硅基稳定超疏水织物(如聚酯、棉、羊毛、丝绸等),具有优异的耐摩擦、耐机洗和耐干洗性能,可应用于服装、包等户外用品。在此基础上,通过与磁性纳米粒子、光催化材料和多巴胺等结合,制备了磁性油水分离海绵、光催化油水分离材料和自清洁抗生物粘附材料等。相关研究成果发表在《化学通讯》等杂志上。

通过将低表面能全氟聚醚液体铺展于氟化处理的SNFs表面上,制备仿猪笼草超滑表面。研究表明,液滴在超滑表面上的运动速度远远小于在超疏水表面上的运动速度,而且表面的纳米结构和倾斜角度、低表面能润滑剂的黏度和液膜厚度及液滴的理化性能都会对液滴的运动速度产生较大的影响。另外,对超滑表面上液体膜蒸发引起的仿猪笼草超滑表面向仿荷叶超双疏表面转变的过程进行研究。研究发现,在向超双疏表面转变的过程中存在一个高粘附过渡态,各种表面能的液滴在该过渡表面上都处于Wenzel状态,牢固粘附于表面,导致其丧失自清洁性,制约其实际应用。

研究小组首先通过有机硅纳米线的可控生长,可在各种表面上(玻璃、硅片、纺织品、木材、塑料、铝合金等)形成超疏水、超双疏涂层,但稳定性不高。另外,研究小组还尝试采用有机硅纳米线制备了仿猪笼草超滑涂层,具有机械稳定性高和自修复的特点。然而,仿荷叶超双疏涂层与仿猪笼草超滑涂层在液体运动速度和自清洁性方面有显著区别,仿猪笼草涂层的液膜容易受到污染,且易挥发。液膜挥发会导致其丧失自清洁性,制约实际应用。相关研究成果发表在《先进功能材料》等杂志上。

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玛雅蓝是一种具有艳丽色彩的有机—无机复合颜料,由凹凸棒石和一种来自植物的靛蓝分子复合而成,古代玛雅人将其广泛应用于壁画、陶器和雕刻中。玛雅蓝具有优异的稳定性,长年累月的气温变化和潮湿的空气也无法使它褪色。在前期类玛雅蓝颜料和仿生自清洁涂层的研究基础上,研究人员首次将类玛雅蓝颜料与超疏水、超双疏涂层相结合,制备了色彩丰富的自清洁类玛雅蓝颜料和涂层。超疏水、超双疏涂层的引入,显著提高了类玛雅蓝颜料的稳定性,并赋予其自清洁性能,可应用于耐久性涂料或文物修复。

与超疏水、超双疏涂层不同,超疏水、超双疏3D泡沫材料具有独特的3D多孔结构,结合仿生涂层的特殊润湿性和3D泡沫材料的多孔结构,在油水分离等诸多领域具有广泛的应用前景。目前,普遍采用表面涂覆的方式在传统3D泡沫材料表面(如聚氨酯、三聚氰胺海绵等)引入超疏水涂层,超双疏3D泡沫材料报道极少。为此,通过控制硅烷的水解缩合,经一步反应或模板法制备了超疏水硅烷聚合物3D泡沫材料,表现出优异的超疏水性能、稳定性和弹性。在此基础上,通过氟硅烷的进一步水解缩合,将其转变为超双疏硅烷聚合物3D泡沫材料,并进一步提高其力学性能和耐温性。另外,通过NaCl模板法制备了PDMS高强度3D泡沫材料。

玛雅蓝是一种具有艳丽色彩的有机-无机复合颜料,由凹凸棒石和一种来自植物的靛蓝分子复合而成,古代玛雅人将其广泛应用于壁画、陶器和雕刻中。玛雅蓝具有优异的稳定性,长年累月的气温变化和潮湿的空气也无法使它褪色。在前期类玛雅蓝颜料和仿生自清洁涂层的研究基础上,研究人员首次将类玛雅蓝颜料与超疏水、超双疏涂层相结合,制备了色彩丰富的自清洁类玛雅蓝颜料和涂层。超疏水、超双疏涂层的引入,显著提高了类玛雅蓝颜料的稳定性,并赋予其自清洁性能。

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