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工程材料表面的润湿及其调控
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2015
  • 中图分类:
    TB383
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项目属于材料领域的表界面科学,是材料学、表界面物理化学、材料仿生学等学科的交叉领域。该项目以仿生思想为设计理念,以国家需求为研究导向,在认识自然和工程材料表面仿生设计制备的过程中凝练基本科学问题,在工程材料表面润湿粘附调控、微纳米结构构筑和化学组成改性等方面做出了有重要国际影响的工作,发展了特殊润湿性界面材料技术,克服了传统方法成本高、难于大规模工程应用的缺陷,为特殊润湿材料的工程应用提供了理论基础和技术支持。主要科学发现如下:研究揭示了自然表面特殊润湿性的原理,提出了“超疏水工程材料”的概念。确定了自然表面几种典型润湿粘附行为规律,依据自然仿生原理,发展了在多种工程材料如钛、铝、铜、铁等及其合金表面制备超疏水、超疏油表面的方法,奠定了工程材料表面特殊润湿性改性的理论基础。针对不同的金属及合金工程材料,发展了一系列创新性的、适合工程化的表面微纳米结构设计调控方法。通过结构设计,实现了微纳米结构的可控构筑,并使研究方法获得了普适性推广,并进一步设计构筑了润湿性可多次调控的自修复表面、界面材料可逆粘附转换表面以及润湿性可逆响应性变化的涂层。综合利用单分子组装、多巴胺化学和表面接枝聚合物刷修饰等手段,建立了对各种工程材料表面化学改性并调控其润湿性的新方法。针对不同的工程材料发展了多种表面接枝聚合物技术,对各种工程材料实现了表面功能化修饰,为特殊润湿性表面的构筑提供了新方法及新材料。提出了特殊润湿工程涂层设计制备的普适性原则。通过构筑组分梯度分布涂层,解决了低表面能引起的界面结合力差等瓶颈问题,为特殊润湿工程材料迈向工业化应用奠定了坚实的基础,并与多家企业建立了合作关系,开发相应防污减阻涂层、表面自清洁和润滑防护材料技术。该研究属于工程材料领域的国际前沿,部分研究成果引领了材料表面特殊润湿处理及其调控领域的研究方向,引起了国际同行的高度关注和认可。该项目提出的仿生设计特殊润湿工程材料的思想具有重要的基础科学价值;同时项目组建立了具有特殊润湿功能的工程材料体系,为工程材料表面的应用奠定了坚实的基础。8篇代表性论文共被SCI他人正面引用870次,平均108次/篇,单篇最高他引222次;20篇论文共被SCI他人正面引用1530次。研究工作被Nature、NPG Asia Materials,Chemical等作为亮点报道,研究成果曾获2014年度甘肃省自然科学一等奖。项目完成期间,受邀撰写综述4篇;申请中国发明专利11件,已授权4件:培养研究生16人;多人次受邀在国际国内会议做邀请报告;项目完成人中1人获得国家杰出青年基金资助和万人计划首批青年拔尖人才计划资助;1人入选中国科学院院士;1人获得国际仿生工程学会杰出青年奖。
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