智能响应性仿生功能表面的制备与浸润性调谐

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1、分类号：TN249单位代码：10183研究生学号：2014511038密级：公开吉林大学博士学位论文王剑楠2018年6月智能响应性仿生功能表面的制备与浸润性调谐FabricationandWettabilityTuningofSmartResponsiveBiomimeticFunctionalSurfaces作者姓名：王剑楠专业名称：微电子学与固体电子学研究方向：激光仿生制造指导教师：冯晶教授学位类别：理学博士培养单位：电子科学与工程学院论文答辩日期：2018年6月3日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席杨

2、景海教授吉林师范大学委员宁永强研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所谢志元研究员中国科学院长春应用化学研究所马琰铭教授吉林大学金光勇教授长春理工大学石岩教授长春理工大学秦莉研究员中国科学院长春光学精密机械与物理研究所未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教

3、师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出

4、版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：微电子学与固体电子学论文题目：智能响应性仿生功能表面的制备与浸润性调谐作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：作者联系电话：摘要智能响应性仿生功能表面的制备与浸润性调谐独特的生物功能为研究人员开发先进材料和功能系统提供了灵感。例如，受荷叶自清洁特性启发，仿生超疏水功能表面在防污染、抗腐蚀、防结冰、油水分离等诸多领域表现出巨大应用价值。这种特异性界面性能由表面微纳结构和材料表面能两方面决定

5、。近年来，响应性材料的迅速发展使得功能表面能够通过外界刺激来调控表面性质。由于具备可逆的动态调控能力，响应性仿生功能表面在智能应用上具有重大前景，因而成为一个活跃的前沿领域。但是，目前响应性功能表面的调控方式还存在一些问题，例如，对表面微纳结构的控制性、响应恢复时间、浸润态调控种类、生物相容性等问题，这限制了智能表面的实际应用。本论文针对上述难题展开研究，实现了对仿生超疏水表面浸润态的有效调控。制备气动响应性超疏水表面，实现了对表面结构和疏水性的调控，研究浸润态转换机理，以探索智能表面的新型调控方式。制备可穿戴在皮肤表面、可依靠

6、人体动作调控表面浸润性能的智能超疏水功能表面，以拓展智能表面的应用范围。主要研究内容归纳如下：1.制备气动响应性超疏水功能表面。现有的浸润性调控方式主要基于对材料表面化学性质和表面能的调控，响应时间长，对材料要求有限制。调控过程中，表面结构通常是静态的或变化幅度较小。事实上，结构调控方式对表面浸润特性的可控调谐更加直接，可实现动态、快速调控。但是，实现对微纳尺度结构的大面积动态调控并非易事，仍面临严峻的技术挑战。本论文设计制备气动响应性功能表面以实现上述目标。（1）采用拉伸辅助键合工艺，利用柔性材料制备拱形微气腔网络。各气腔表面

7、形貌均一，气腔内部通畅，气密性良好；（2）样品表面可以在气动操作下实现快速、可逆、大幅度形变，具有良好的气动稳定性。通过对气动表面进行选择性修饰，实现了对样品表面结构和浸润态的动态调控，使得类似荷叶和玫瑰花瓣表面的疏水态可以在同一表面上进行快速切换；（3）通过观察和分析固体-液体界面，提出充气和放气状态下的表面浸润模型。根据经典浸润性理论和实验参数，计算得出两种状I态下表面接触角的理论值，与实验测量结果相符；（4）利用气动表面对浸润态的动态调谐能力，实现了对水滴的抓捕和释放操作。2.制备智能超疏水硅胶皮肤。研究人员一直不断致力于

8、拓展功能表面的应用范围。最近，超疏水功能表面在可穿戴领域表现出潜在应用价值。但是，表面浸润性调控方式对人身安全具有潜在威胁，并不适用于可穿戴表面，例如，需要紫外光照射、有毒化学物质、高温等，这限制了响应性功能表面在可穿戴器件中的应用。本论文探索制备柔性可拉伸硅胶