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“液体混沌”效应让集结物原料像壁虎脚雷同黏

日期:2019-11-08 02:54 来源: 聚合物

  颗粒的形态、排斥体积和黏附性之间的相互作用,决定了柔性材料和涂层的物理性能。支化颗粒、纳米纤维或气相二氧化硅可增强胶体的结构构建能力,其黏附力也可通过毛细管作用或结合剂增强。

  美国北卡罗来纳州立大学的研究人员在《自然·材料》发文称,利用液体驱动的混沌效应,可以使柔软的聚合物微粒形成纳米级树突状分层结构。由此得到的材料可具备类似壁虎脚的黏附能力。该成果对凝胶材料、食品和涂料等行业的发展有促进作用。

  化学与生物分子工程教授、论文通信作者Orlin Velev认为,在特定条件下,通过使聚合物溶液产生沉淀,可以制造柔性树突状颗粒材料。并且,这类材料具有独特的黏附和结构构筑性能。他说:“我们使用液体纳米制造技术,先溶解聚合物,然后将聚合物溶液与另一种液体快速混合,最终将大多数聚合物转化为支化粒子。紊流效应下的快速混合,能以分层方式形成支化粒子。在这些粒子的周围,最薄的分支形成了纳米纤维电晕。受分子间范德华力的影响,材料在低体积分数下也表现出了凝胶化特征。”

  新材料不仅具有独特的结构,其制造方法也很有特点。Velev说:“通常来说,紊流效应不是一种制造组织性结构的好选择。但在这项研究中,我们正是使用这种固有的混沌过程创建了层次结构。”

  制造新材料的液体工艺适用于多种类型的聚合物,并且生产效率很高、成本很低。Velev补充说:“这种工艺解决了微观、纳米尺度制造材料的难题,可用于大规模生产柔性纳米材料。”Velev团队计划在未来的研究中详细阐述新发现背后隐藏的基本原理。他们还将尝试在工艺中使用不同类型的聚合物和生物聚合物材料,制备亲水/憎水涂层和薄片。北卡罗来纳州立大学已经为新型柔性树突材料和材料的制造方法申请了专利。

  论文作者Simeon Stoyanov说:“这项工作说明了基础科学与应用科学之间的协同性。我们从基础科学发现出发,在研究过程中发现了新的应用,例如超级黏合剂和功能涂料。这反过来又带来了很多新的基础性问题。”

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