圖1., (b)多功能智能塗層表面形貌; (c)水滴(~3mL)在未處理, 堿, 酸, 紫外處理之後的智能塗層表面的光學照片; (d)智能塗層截面的微觀形貌
圖2.(a)多功能智能塗層對應變響應; (b)對不同頻率動態響應; (c)響應時間; (d)迴圈測試; (e)水滴(~3mL)在延展的塗層表面光學照片
圖3. (a), (b)真實水黽和 '腳' 上塗有多功能智能塗層的磁驅動 '水黽' 機器人; (c)防水智能感測衣物; (d)智能感測手套與防潑水能力; (e) 內封面圖片 (Inside Cover)
超疏水界面, 是指水與材料表面的接觸角大於150°, 如生活中常見的荷葉和水黽科昆蟲的腿部. 製造人工超疏水表面並將其廣泛應用於防水, 自清潔, 減阻以及選擇性吸收等領域, 已成為當今的研究熱點. 穩定性, 靈活性, 實用性仍是超疏水材料在實際應用中急需解決的問題. 此外, 將超疏水材料與可穿戴柔性感測應用相結合的超疏水智能塗層未見報道.
針對以上的關鍵科學技術問題, 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員張珽團隊構築了有多級微納複合結構的多壁碳納米管 (MWCNT) /熱塑性彈性體 (TPE) 複合超疏水智能塗層, 該塗層同時兼具了超疏水和優異的應變感知性能, 可有效的抵抗環境中水, 酸液, 堿液, 汗液等幹擾. 從研究結果來看, 得益於複合塗層中梯度分布的TPE和穩定的微米孔-納米突起複合結構, 該多功能塗層既可以與柔性襯底 (如柔性織物, 聚醯亞胺, 聚乙烯等) 穩定結合也可與剛性襯底 (如玻璃, 金屬等) 良好的結合, 且符合Wenzel以及Cassie模型具有非常穩定的超疏水性能 (接觸角~162°) ; 另一方面多孔微納複合結構給予MEWCNT/TPE複合網路對拉伸, 彎曲以及扭曲優秀的應變感知能力: 實現了高靈敏度 (GF: 5.4~80) , 高解析度 (1°的彎曲) , 快速響應時間 (<8ms) , 大应变范围 (最大应变~76%, 弯曲角度0°~140°, 扭曲0-350radm-1) 以及高稳定性 (5000次大应变拉伸实验) . 基于智能涂层的优异性能, 研究团队实现了多功能应用: 在复合材料中加入四氧化三铁 (Fe3O4) 纳米粒子构筑磁驱动“水黾”机器人; 形成智能织物全范围实时监测人体动作等. 研究对超疏水材料, 智能材料与柔性智能系统领域有重要意义. 相关研究成果发表在Advanced Materials上.
研究工作得到了國家自然科學基金, 江蘇省傑出青年基金項目等的資助.
