项目名称: 仿贻贝自修复型超疏水材料及油水分离应用

项目编号: No.51473041

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 一般工业技术

项目作者: 潘钦敏

作者单位: 哈尔滨工业大学

项目金额: 80万元

中文摘要: 自修复型仿生界面材料是多学科研究的热点之一,其关键在于探索自修复的新原理及相关结构。贻贝粘附蛋白可通过儿茶酚基团与金属离子形成可逆的有机-金属络合物而具备良好的自修复能力。受此启发,本课题拟采用儿茶酚基团将Fe3O4纳米粒子、聚多巴胺、聚醚硅氧烷共聚物组装成具有自修复功能的仿生超疏水膜。通过分子设计和聚集态结构调控,在疏水性仿生膜中形成纳米凝胶区域,促进区域内儿茶酚基团与纳米粒子表面Fe3+发生配体交换,从而导致自修复过程的发生。在此基础上,进一步引入温敏性聚N-异丙基丙烯酰胺链段,实现油/水混合物的可控分离和仿生膜的循环利用。本研究将从新的视角阐明自修复发生的多尺度结构特征及调控机制,有望为自修复型超疏水材料的设计提供另一种思路,同时也探索了仿生和环境刺激响应性高分子在油水分离领域的潜在应用。

中文关键词: 超疏水表面;聚硅氧烷;纳米复合材料;自修复;贻贝粘附蛋白

英文摘要: Bioinspired interfacial material with self-healing properties is a hotspot of multidisciplinary studies, a key challenge is to explore novel self-healing principle and related structure. Mussel byssus is able to repair itself by forming reversible metallic-organic complexes via coordination between metallic ions and catechol ligands. Inspired by this finding, here we construct a self-healing superhydrophobic layer based on catecholic-containing polymers and Fe3O4 nanoparticles. By elaborately controlling the molecular and aggregation structures of polymer chains, nanogel regions will form within the superhydrophobic layer, where the self-healing process will take place through the ligand exchange between Fe3+ and catecholic functionality. Furthermore, thermal responsive poly(N-isopropy lacrylamide) will be introduced to the layer with an aim to switch its wettability from hydrophobicity to hydrophilicity. Based on these results, controllable separation of oils from water and recycling of the layer will be achieved. The present study might offer a new insight into the hierarchical structures and molecular mechanism for self-healing process, which provides an alternative principle for designing self-healing superhydrophobic surfaces. The study also explores the potential applications of bioinspired and intelligent polymer in the field of water-oil separation.

英文关键词: superhydrophobic surface;polysiloxane;nanocomposite;self-healing;mussel adhesive protein

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