智能表面！PVDF/PMMA基复合纳米纤维具有可控润湿性

研究人员成功地改变了由具有压电特性的聚合物制成的纳米纤维的润湿性。与现有的现有方法相比，对外部响应触发的时间缩短为几秒而不是几分钟。科学家们第一次成功地控制了液滴附着在材料表面，并使其自我清洁。他们所发现的实验结果可用于微流体装置中的流体控制以及化学和生物医学分析。

研究结果发表在ACS应用《材料和界面》 “Materials & Interfaces”杂志上（“智能压电式响应pvdf/pmma表面，具有可触发的水/油润湿性和粘附性”）。

来自托木斯克理工大学和（Tomsk Polytechnic University ，缩写为TPU）化学与技术大学（捷克共和国）的化学家们提出了一种新的材料表面流体控制概念。他们成功地使相同的材料具有超疏水性，然后非常快速地（在7秒内）使其亲水。与现有的方法相比，对外部触发的反应速率是该方法的主要优势之一。与此同时，科学家们还第一次设法控制了液滴对表面的粘附情况。

正如来自TPU化学与应用生物医学研究学院的Pavel Postnikov教授所说：“材料工程中最受欢迎和最迅速发展的趋势之一是设计和实现所谓的智能表面。这些材料可以响应外部刺激并改变其性质。而其中最重要的方向是对润湿性的控制。智能材料具有广泛的应用范围，例如用于化学，生物医学分析和生态监测的微流体系统。现有方法的主要缺点是响应速率，例如材料在几分钟内对光脉冲的响应。这是我们第一次通过结合物理和化学方法实现了几乎即时的响应。”

该论文的作者研究了两种常见的聚合物材料：普通有机玻璃（PVDF）和具有与特氟龙（PMMA）相似性质的材料。根据其压电性质，选择了一种基于它们的复合材料，也就是说这种材料可以拉伸或收缩过程中检测到电位差。研究人员决定在纤维水平而不是聚合物表面进行改性。

“我们在布拉格的同事们溶解聚合物并由此产生的纤维中形成得到纳米纤维。然后，将纤维浸入含有重氮盐的水溶液中进行加热。与此同时，形成的活性自由基会侵蚀纤维表面并形成我们需要的化合物，即4-（全氟烷基）苯基。这些化合物与材料的物理特性使控制润湿性成为可能。“重要的是，我们在每根纤维上改变其润湿性，而不是在表面水平”Pavel Postnikov解释说。

科学家们将电极接到制备的材料上。一旦提供电流，材料就会立即改变属性。因此，在超疏水状态下，将材料板倾斜三度就足以使液滴从其上滚下。疏水性的程度取决于电场的强度。此外，研究人员不仅观察到水的影响，还观察亲脂性溶剂的影响。根据作者的说法，这证实了这些方法适用于各种液体。

“另一个重要的特性是材料的自清洁表面。如果我们用某种物质污染它，那么我们只需要几滴溶剂或水，污垢颗粒进入水中就可以滚落下去而不会粘在表面上，”科学家说，“它变得完全干净了。”

此外，科学家们第一次设法控制了液滴的附着力，即液滴附着在固体表面上的能力。

“暴露在电场中，一滴水被强烈的黏附在材料板表面上。你甚至可以翻转材料板，水滴仍然会留在上面。这表明通过控制润湿性和粘附性，即改变电场，开关电流，改变倾斜角度，我们可以控制液滴使其移动到所需的方向。正如已经提到的，这与微流体技术相关，例如用于制造生物传感器。”Pavel Postnikov说。


文章来源于nanowerk网站，由材料新闻在线团队编译，原文题目：Scientists succeed in controlling the wettability of a nanofiber