极低表面张力液体高稳固性排斥表面的设计:纳米尺度效应突破两难困境

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21872176
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0204.胶体与界面化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Super liquid-repellent surfaces that can repel all common liquids are a dream material and have tremendous application potential. High liquid repellency relies on surface microstructures to reduce solid-liquid interfacial contact fraction, while solid-liquid-gas interfacial robustness requires high solid-liquid interfacial contact density. This dilemma situation causes that no materials available can effectively repel liquids of extremely low surface tension (γ < 15 mN/m). Then comes a question: Can we develop an appropriate surface design strategy to overcome the dilemma between liquid repellency and interfacial robustness and to optimize both properties at the same time? Based on our preliminary theoretical analysis, we predict that by combining nanosize effect with doubly re-entrant structure it is possible to achieve both high contact angle and high interfacial robustness factor simultaneously. By combination of both theoretical and experimental approaches, this proposal plans to design surfaces with specific nanoscale structural units, and to investigate the effect of surface feature size and structure on their repellency towards liquids of extremely low surface tension, aiming to answer the key question whether it is possible to overcome the dilemma between liquid repellency and interfacial robustness by introducing nanoscale structure design. This project will reveal the nanosize effect and structure effect in solid’s repellency towards liquids of extremely low surface tension, and provide design guidelines and fabrication routes for super liquid-repellent surfaces with excellent interfacial robustness.
能阻止一切常见液体润湿的超级液体排斥表面是梦想材料,具有广阔应用前景。高液体排斥性依赖于表面结构来极小化固-液界面接触分数,而固-液-气三相界面稳固性则要求高的固-液界面接触密度,两者的矛盾导致了现有材料无法实现对极低表面张力液体(γ<15mN/m)的有效排斥。那么,能否通过表面设计突破液体排斥性和界面稳固性的两难困境,实现两种性能同时优化?基于初步理论分析,我们预测将纳米尺度效应与双内凹结构结合有望同时优化接触角和界面稳固因子,实现极低表面张力液体高稳固性排斥。本项目拟实验与理论结合,设计并制备具有不同纳米尺度双内凹结构基元的表面,系统调查基元尺寸及结构对极低表面张力液体排斥性的影响机制,旨在回答是否可通过纳米尺度的结构设计解决液体排斥性与界面稳固性二者矛盾这一关键科学问题。本项目将阐明固体对极低表面张力液体排斥作用的纳米尺度及结构效应,为获得高稳固性超级排斥材料提供科学依据和技术途径。

结项摘要

能够阻止不同表面张力液体润湿的液体排斥表面具有广阔应用前景。然而,高液体排斥性依赖于表面结构来极小化固-液界面接触分数,而三相界面稳固性则要求高的固-液界面接触密度,两者的矛盾导致了现有材料往往难以实现对低表面张力液体的高稳固性排斥,使其在高速液体撞击等场景下丧失液体排斥特性。如何通过表面设计突破液体排斥性和界面稳固性的两难困境,实现两种性能同时优化成为一个重要课题。本项目中,我们基于理论分析,提出了将纳米尺度效应与双内凹结构结合来同时优化接触角和界面稳固因子,从而实现低表面张力液体的高稳固性排斥。通过系统的实验探索,我们将Langmuir Blodgett自组装制备纳米掩模版与一系列微纳加工刻蚀技术结合,成功制备了纳米尺度双内凹结构表面。对纳米双内凹表面的性能调查表明,其对不同表面张力液体具有优良的液体排斥特性和界面稳固性。与前人报道的微米尺度双内凹表面相比,本项目制备的纳米双内凹表面界面稳固因子提升高达3个数量级。液滴撞击实验也证实了所制备纳米尺度双内凹表面相比于微米尺度双内凹表面在不同液体撞击下具有显著提升的界面稳固性,能在高速液体撞击过程中保持优异的斥液特性。项目的实施成功建立了纳米尺度双内凹结构表面的制备方法,并验证了低表面张力液体高稳固性排斥设计策略的可行性,为高速撞击或高压环境中低表面张力液体排斥表面的研发提供了重要参考。项目执行过程中,标注本项目资助在Advanced Materials, Research, Advanced Functional Materials, Advanced Science等国内外重要刊物发表论文13篇,授权发明专利2项。培养博士、硕士研究生10名,已毕业6名。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Magnetoresponsive Surfaces for Manipulation of Nonmagnetic Liquids: Design and Applications
用于操纵非磁性液体的磁响应表面:设计和应用
  • DOI:
    10.1002/adfm.201906507
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Advanced Functional Materials
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Zhou Yi;Huang Shilin;Tian Xuelin
  • 通讯作者:
    Tian Xuelin
Highly durable antifogging coatings resistant to long-term airborne pollution and intensive UV irradiation
高度耐用的防雾涂层,可抵抗长期空气污染和强紫外线照射
  • DOI:
    10.1016/j.matdes.2020.108956
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Materials and Design
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Yu Xiaodong;Zhao Junling;Wu Chengjiao;Li Bin;Sun Chenbo;Huang Shilin;Tian Xuelin
  • 通讯作者:
    Tian Xuelin
Fast self-healing superhydrophobic surfaces enabled by biomimetic wax regeneration
仿生蜡再生实现快速自愈超疏水表面
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2020.124311
  • 发表时间:
    2020-06-15
  • 期刊:
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Wang, Yingke;Liu, Yiping;Tian, Xuelin
  • 通讯作者:
    Tian, Xuelin
Nontraditional oil sorbents: Hydrophilic sponges with hydrophobic skin layer for efficient oil spill remediation
非传统吸油剂:具有疏水表层的亲水海绵,可有效修复溢油
  • DOI:
    10.1007/s40843-021-1981-4
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    Science China Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qiyuan Chen;Shilin Liu;Liwei Chen;Tongfei Wu;Xuelin Tian
  • 通讯作者:
    Xuelin Tian
类液体动态界面材料:近期应用进展
  • DOI:
    10.19894/j.issn.1000-0518.210490
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    应用化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    范岳;田雪林
  • 通讯作者:
    田雪林

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其他文献

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类液体表面功能化膜用于高黏度油水体系的抗污染、高通量分离研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
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  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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