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形狀記憶微結(jié)構(gòu)超疏水表面及其在可擦寫微液滴儲存方面的應(yīng)用

2016-11-28 10:04:49 作者：本網(wǎng)整理來源：網(wǎng)絡(luò) 分享至：

在過去幾十年中，智能超疏水表面由于它廣泛的應(yīng)用前景使其成為研究的熱點領(lǐng)域，比如在自清潔材料、可控油水分離材料、細(xì)胞捕獲和釋放材料以及抗污材料等領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價值。目前來講，大部分的智能表面使用修飾響應(yīng)性分子的方法賦予材料表面浸潤性智能可控的特性，而通過對于表面微觀結(jié)構(gòu)對于表面浸潤性調(diào)控的研究較少，而表面微觀結(jié)構(gòu)對于表面浸潤性同樣具有重要作用。

形狀記憶聚合物材料（SMP）是一類通過外界刺激可發(fā)生形狀響應(yīng)的聚合物材料，相比較人們熟知的形狀記憶合金，其擁有更大的形變量，以及優(yōu)異的形狀回復(fù)率和低廉的成本等優(yōu)點，目前逐漸成為智能材料領(lǐng)域研究的熱點之一。對于SMP的研究，目前研究者們開始注意到其在微納米尺度上的變形功能具有更大的研究價值和應(yīng)用前景，利用SMP在微納米尺度上的變形作用在力學(xué)、光學(xué)、生物學(xué)及電學(xué)性能調(diào)控方面已經(jīng)有相關(guān)報道，然而在浸潤性調(diào)控方面的報道還十分少見。

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉宇艷教授和成中軍副研究員等人使用模板法制備出了微結(jié)構(gòu)具有形狀記憶性能的超疏水智能表面，利用環(huán)氧樹脂基SMP材料優(yōu)異的形狀記憶性能，使其對于材料表面的微納米陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，從而達(dá)到對于表面浸潤性的調(diào)控。通過對于環(huán)氧SMP表面微納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑，使表面具有了超疏水的特性，通過外力壓縮變形后，表面的微觀形貌發(fā)生改變，從而表面浸潤性也隨之變化，使表面失去了超疏水特性。通過加熱引發(fā)SMP表面的形狀記憶效應(yīng)材料回復(fù)至原始形狀，表面浸潤性也隨之恢復(fù)至超疏水狀態(tài)。

SEM images viewed at a tilt angle of about 40°: (a−c) The as-prepared surface, collapsed surface, and recovered surface, respectively. (d−f) The magnified images corresponding to (a), (b), and (c), respectively. Insets are the shapes of a water droplet on the surface at related states.

利用這一性能，該課題組使用具有圖案化的微模板在SMP表面進(jìn)行圖案化的壓縮，利用不同浸潤性的組合制備出具有超疏水高粘附的表面，可以用于微液滴定位儲存的使用，同時利用材料的形狀記憶性能，使其回復(fù)至原始狀態(tài)可以重新壓縮“寫入”新的圖案，實現(xiàn)了“可擦寫”微液滴儲存芯片的應(yīng)用。這種“可擦寫”微液滴存儲芯片解決了傳統(tǒng)存儲芯片圖案定位只能“寫入”一次的缺點，利用形狀記憶性能使圖案可以多次寫入，達(dá)到材料表面的循環(huán)使用目的。同時該芯片技術(shù)還可以擴(kuò)展至微流體運輸、微流體反應(yīng)器和液體收集等應(yīng)用領(lǐng)域。

Application of the as-prepared surface as rewritable platform for droplet storage chip. (a) SEM image of the surface with micropit pattern viewed at a tilt angle of about 40°.(b) A water droplet can still be adhered on the pit position when the surface is turned face down, demonstrating high adhesive superhydrophobicity of the patterned surface. Because of the special memory ability in the hierarchical structures, different droplet storage programs can be obtained by designing different patterns through pressing/heating process.(c−h) Photos of droplets pinned on a vertical surface with patterns like letters "H", "I", "T", "A", "C", and "S", respectively, indicating that our surface can be used as the rewritable platform for designing structure-dependent patterned functional chips.

該研究成果發(fā)表在ACS Nano上，第一作者是博士生呂通。通訊作者為哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉宇艷教授和成中軍副研究員。該工作得到國家自然科學(xué)基金的支持。

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