拥有“三臂”结构兼具自愈、疏油及黏附能力的涂层?


发布时间:2019-12-09 浏览量 20 views
本文链接:www.zhaowoce.com/news/9285.html

对于传统涂层而言,卓越的疏油特性和超强的黏附力往往是“鱼与熊掌不可兼得”。能够疏水、疏油、抵挡各种损伤或者具有自我修复能力的涂层物料,于日常生活以至多个行业都极有需求。然而,现有物料都只具有上述个别特性,或是因涂层物料的疏油特性,使其难以黏附在固体物料表面而不利作为涂层之用。

近日,香港城市大学(香港城大)的科学家为大家解决了这个难题!今天要给大家介绍的,是由他们所研发,一种拥有“三臂”结构兼具自愈、疏油及黏附能力的涂层。

由香港城大生物医学系副教授姚希博士领导的研究小组,花了近三年时间研究,最近取得突破。他们成功通过分子工程,突破现有物料限制,研发出一种新型的超分子有机硅物料,成功将可自我修复、具高黏附力和疏油三种特性罕有地结合于一身,称为“自修复疏油超分子有机硅涂层”(damage-healable, oil-repellent supramolecular silicone),简称DOSS涂层。研究团队相信,这种涂层可用于自我清洁、防污、催化、储能和传热等方面,于能源、环境和生物医学范畴均能广泛被应用。

团队日前更凭这种涂层物料荣获香港创新科技及製造业联合总会颁发的香港创新科技成就大奖2019 -“亚洲国际创新发明大奖”之“金奖”。

敲黑板:“三臂”结构使黏附力惊人

姚博士说︰“我们运用了分子工程设计,将这种硅氧烷聚合物的分子,设计成独特的三臂结构,令分子中的氢键(hydrogen bonding)可以有序地大量形成网络,从而加强键合,不仅有助涂料在固体界面上的黏合,还可以增强涂料自我修复的性能。”

DOSS材料采用独特的三臂设计,加强分子间氢键的结合,不仅有助在固体界面的黏合,还可以增强自我修复的性能。
 

(图片来源: Liu et al., Sci. Adv. 2019; 5 : eaaw5643)

研究证实,两块玻璃只需用1平方厘米的DOSS涂层黏合,已能承载一公斤的重量,原因是涂层与物料之间通过组成氢键,产生强力的相互作用,使涂层牢固地黏附到各种物料表面上。

研究团队进行过不同的测试,得出的结论是这种新涂层可以黏合于各种物料表面,包括纸板、铝、铜、塑料甚至疏水的Teflon。

研究证实,不同的物料包括纸板、钢和玻璃等只需用1平方厘米的DOSS涂层黏合,已能承载一公斤的重量。
 

(图片来源: Liu et al., Sci. Adv. 2019; 5 : eaaw5643)

划重点:油滴能在“愈合”面顺畅滑动

同时,研究团队证明了DOSS涂层可以排斥大多数的商业食用油。这可归因于涂层含有硅氧烷(siloxane),与油之间只有微弱的相互作用,从而达致疏油和防污的效果。

此外,DOSS涂层还具有卓越的自我修复性能。研究人员首先用刀片在涂层上划下切割线,然后观察油滴在涂层表面上滑动的情况:油滴会卡在涂层受损的区域。随后,他们用氮气吹涂层20 秒并在90°C下加热15分钟,以除去表面上残留的油分,加速涂层自我修复。结果划下的切割线消失,油滴在“愈合”的表面上顺畅地滑动。

姚博士说:“加热后涂层‘愈合’得更快,因为聚合物链段运动得更快,帮助界面整合重新形成氢键,加速‘愈合’。”他们并发现,重复切割和“愈合”不会影响涂层的化学结构,意味着疏油特性在磨损或其他恶劣环境下都得以保持。

涂层表现出自我修复的特性,如A部分显示,油滴在涂层“愈合”后成功滑走。
 

(图片来源: Liu et al., Sci. Adv. 2019; 5 : eaaw5643)

前方高能:DOSS涂层在日常生活中可谓多功能

姚博士表示,DOSS涂层的疏油特性使其易于清洁,因此可用作医疗设备的防污涂层,甚至可以喷涂在墙壁上以防止涂鸦;其自我修复性能则可广泛应用在电子设备的屏幕防指纹保护膜、汽车挡风玻璃,以至一些苛刻环境和难以持续维修保养的高尖端领域,如航空、航太空、海洋、太阳能板面、仿生皮肤、仿生机械人等方面。

他续指出,涂层以有机硅为主要原料,生产成本远低于市场上现有的、以有机氟化物为主的产品,易于后续的产品开发和普及应用。团队的下一步会将材料商业化,并正申请美国专利。

该研究结果早前发表在科学杂誌《Science Advances》上,标题为“Supramolecular silicone coating capable of strong substrate bonding, readily damage healing, and easy oil sliding”。姚博士是该论文的通讯作者。第一作者是香港城大生物医学系博士毕业生兼研究员刘美金博士。研究团队成员还包括香港城大机械工程学系的王钻开教授、生物医学系的王昭月和刘鹏,以及香港理工大学机械工程学系副教授姚海民博士。
 

姚希博士相信DOSS涂层的应用广泛。他近日凭这研究获香港创新科技及制造业联合总会颁发“亚洲国际创新发明大奖”之“金奖”。


找我测

微信扫一扫,获取更多找我测资讯

版权与免责声明

        找我测资讯,是专注于检测领域的,为第三方检测检测机构 宣传的媒体频道。

        文章来源: 材料与测试,于 2019-12-09,由 找我测 编辑发表 。

        凡本网注明“来源:找我测 ”的所有作品,版权均属于“找我测”,转载请必须注明“来源:找我测,违反者本网将追究相关法律责任。

        本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为 的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自行承担版权等法律责任。 如涉及作品内容、版权等问题,请及时与本站管理员联系,否则视为放弃相关权利。联系我们或投稿请发到 service@zhaowoce.com。

找我测