水下可恢复超疏水表面的设计、制备及机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11604045
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    23.0万
  • 负责人：
    葛邓腾
  • 依托单位：
    东华大学
  • 学科分类：
    A20.凝聚态物理
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Underwater superhydrophobic materials have great potential applications in underwater gas collection, drag reduction of vehicles, anti-corrosion etc. However, underwater superhydrophobic surfaces usually turn into Wenzel state from Cassie state due to the hydrostatic pressure, gas dissolution and other factors, which leads to the loss of superhydrophobicity. In this research, we put forward a novel idea for underwater restoring superhydrophobic coating based on the aerophilicity of sparse rough surface and bubble introduced dewetting mechanism. Firstly, the underwater formation and expansion of interface will be studied, and the relationship between the bubble wettability and microstructure will be established. In the following, stringed nanoparticles coating will be controllably fabricated by electric adsorption and chemical vapor deposition methods. Sparse microstructures with high roughness would be obtained due to the anisotropy and self-assembly of heteromorphic particles. Furthermore, the hydrophobicity in air/underwater will be tested and the bubble introduced dewetting process will be real-time observed, thus the restoring mechanism of underwater superhydrophobicity will be discussed. This project aims to provide a facile, novel route for the long-term underwater superhydrophobic materials.
水下超疏水材料在水下气体收集、水下航行器减阻、船体防腐蚀、等领域均具有巨大的应用前景，但由于水压、气体溶解等因素导致水下超疏水材料表面易从Cassie状态转变为Wenzel状态，从而失去超疏水特性。对此，本项目拟利用稀疏微结构易于粘附气泡、具有亲空气性的特点，通过气泡诱导恢复水下超疏水性。本项目通过研究水下固-气-液三相界面的形成及扩展过程，建立气泡润湿性与微结构的关联；结合电荷吸附法和化学气相沉积法可控制备链状纳米粒子涂层，发挥异形粒子的各向异性及自组装特点，获得高粗糙度、稀疏的表面微结构；通过表征空气/水下疏水性、实时观测水下气泡诱导去润湿过程，探究气泡诱导下超疏水表面的可恢复性机理。本项目旨在为长效、稳定的水下超疏水材料提供一种简易可行的新途径。

结项摘要

水下超疏水材料在水下气体收集、水下航行器减阻、船体防腐蚀等领域均具有巨大的应用前景，但由于水压、气体溶解等因素导致水下超疏水材料表面易从Cassie状态转变为Wenzel状态，从而失去超疏水特性。对此，本项目拟利用稀疏微结构易于粘附气泡、具有亲空气性的特点，通过气泡诱导恢复水下超疏水性。本项目制备得到了三维旋转结构的具有高度各向异性的链状纳米粒子，链长最长可达144nm。通过电荷吸附和低表面能硅烷化处理制备得到高粗糙度、稀疏的超疏水涂层，粗糙度可达36nm，涂层表面水接触角可达170°，透光率可达90%以上。超疏水涂层预润湿后，气泡在表面可实现附着和扩展，气泡在涂层表面的接触角可由刚接触时的125°减少至75°，气泡与完全润湿的涂层之间的排斥力仅为0.4nN，具有水下亲空气的性能，通过气泡诱导的方法，在涂层表面连续注入气泡后，可实现涂层表面从Wenzel状态转变为Cassie状态。研究发现涂层结构单元的形状和结构参数（间距、高宽比等）对超疏水表面水下可恢复性能至关重要。制备得到的涂层可简化为截锥形结构，涂层的气体分数（φ）的范围为0.93-0.96，高宽比（H / L）的范围为0.1-0.18，满足气泡附着和自发扩展所需要的结构形状和结构参数条件，可通过气泡诱导实现水下可恢复。制备得到的超疏水涂层由于具有水下亲空气性能，因此可应用于水下呼吸、水下气体收集和水下自修复的领域。同时本项目中链状纳米粒子制备得到超疏涂料，在混凝土和木材的易除冰和抗冻融上显示出优异的性能。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
High-efficiency supercapacitors based on V2O5/rGONR network from hierarchical nanoribbon assemblies
基于分层纳米带组件的 V2O5/rGONR 网络的高效超级电容器
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2019.03.348
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Zheng Pin;Lv Xiaowei;Shi Shukuan;Liu Yang;Yang Lili;Ge Dengteng
  • 通讯作者：
    Ge Dengteng
A bio-inspired homogeneous graphene oxide actuator driven by moisture gradients
由湿度梯度驱动的仿生均质氧化石墨烯致动器
  • DOI：
    10.1039/c8cc00394g
  • 发表时间：
    2018-03-28
  • 期刊：
    CHEMICAL COMMUNICATIONS
  • 影响因子：
    4.9
  • 作者：
    Ge, Yuanhang;Cao, Rui;Yang, Xiaoming
  • 通讯作者：
    Yang, Xiaoming
Controllable hydrogel-thermal synthesis of Mn2O3/CNT aerogels: Shape evolution, growth mechanism and electrochemical properties
Mn2O3/CNT气凝胶的可控水凝胶热合成：形状演化、生长机制和电化学性能
  • DOI：
    10.1016/j.matdes.2019.108022
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Materials and Design
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Liu Yang;Liu Mingxia;Zheng Pin;Ge Dengteng;Yang Lili
  • 通讯作者：
    Yang Lili
Cuts Guided Deterministic Buckling in Arrays of Soft Parallel Plates for Multifunctionality
切割软平行板阵列中的引导确定性屈曲以实现多功能性
  • DOI：
    10.1021/acsami.7b09466
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Gaojian Lin;Dengteng Ge;Yichao Tang;Yu Xia;Gaoxiang Wu;Lin Han;Shu Yang;Jie Yin
  • 通讯作者：
    Jie Yin
Icephobicity studies of superhydrophobic coatings on concrete via spray method
喷射法研究混凝土超疏水涂层的疏冰性能
  • DOI：
    10.1016/j.matlet.2018.09.008
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Materials Letters
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Yiping Zhao;Yang Liu;Qiang Liu;Wenhao Guo;Lili Yang;Dengteng Ge
  • 通讯作者：
    Dengteng Ge

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纤维材料表面图案化构筑及应用研究进展
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
    复合材料学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    徐昭;解晓雨;沈浩;郭颖;杨丽丽;葛邓腾
  • 通讯作者：
    葛邓腾

其他文献

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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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