形状记忆磁性润滑表面的制备及对超顺磁液滴的滑动操控

doi:10.7503/cjcu20220442

高等学校化学学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 20220442.doi: 10.7503/cjcu20220442

形状记忆磁性润滑表面的制备及对超顺磁液滴的滑动操控

胡栋栋¹, 来华¹(), 刘宇艳¹, 宋颖斌¹, 罗欣¹, 张东杰¹, 樊志敏¹, 谢志民², 成中军¹()

^1.哈尔滨工业大学化学化工学院, 城市水资源与环境国家重点实验室
^2.特种环境新型复合材料国家重点实验室, 哈尔滨 150001

收稿日期:2022-06-22 出版日期:2023-02-10 发布日期:2022-09-21
通讯作者: 来华,成中军 E-mail:laihuahit@163.com;chengzhongjun@iccas.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金(22075061);城市水资源与水环境国家重点实验室(哈尔滨工业大学)自主课题(2022TS37)

Magnetic Gradient Slippery Surfaces with Shape Memory Property for Smart Sliding Control of Superparamagnetic Droplet

HU Dongdong¹, LAI Hua¹(), LIU Yuyan¹, SONG Yingbin¹, LUO Xin¹, ZHANG Dongjie¹, FAN Zhimin¹, XIE Zhimin², CHENG Zhongjun¹()

^1.State Key Laboratory of Urban Water Resource & Environment，School of Chemistry and Chemical Engineering
^2.National Key Laboratory of Science and Technology on Advanced Composites in Special Environments，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China

Received:2022-06-22 Online:2023-02-10 Published:2022-09-21
Contact: LAI Hua, CHENG Zhongjun E-mail:laihuahit@163.com;chengzhongjun@iccas.ac.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(22075061);the State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment(Harbin Institute of Technology), China(2022TS37)

1. ESM to 20220442.pdf(915KB)

摘要/Abstract

摘要：

将磁性粒子与形状记忆聚合物复合, 通过设计渐变式构型构筑了梯度形状磁性材料, 并与润滑涂层相结合, 制备了一种磁性润滑表面. 在磁性梯度的作用下, 超顺磁液滴在表面上能够自发定向运动. 借助于材料形状记忆效应对表面区域形态进行可逆调控, 进一步展示了超顺磁液滴自发定向运动过程中的启停开关式控制, 实现了将液滴定向自发运输与启停控制相结合. 考察了磁性粒子含量对材料形状记忆性能的影响, 以及区域形态调控尺寸与液滴滑动性能间的相互关系. 机理分析进一步阐明磁场梯度提供的定向驱动力促使液滴定向自发输运, 表面区域形态控制的可逆调控则可以在液滴运动过程中增加/消除黏滞阻力, 基于两种因素的协同作用, 可以实现对超顺磁液滴运动的智能操控.

关键词: 润滑表面, 形状记忆聚合物, 超顺磁水滴, 定向输运, 可逆调控

Abstract:

A kind of magnetic material with gradient shape was prepared， which is composed of magnetic particles and shape memory polymers. After further coating the dimethyl silane lubricant， we obtained a magnetic gradient slippery surface. A superparamagnetic droplet can self-transport directionally on the surface under the effect of magnetic gradient. Meanwhile， reversible control of surface morphology can be achieved based on the shape memory effect， which is favorable for on/off control of droplet sliding. Based on the above two merits， the combination of directional self-transportation and on/off sliding control was successfully achieved. In addition， we also investigated the influence of magnetic particles content on the shape memory property of materials in detail and the relationship between the deformation size of surface morphology and superparamagnetic droplet sliding performance. The mechanism analysis further demonstrates that the self-transportation of superparamagnetic droplet is driven by the directional force provided by magnetic field gradient， the resistance can be increased/eliminated during droplet self-transportation by the reversible control of the morphology of the surface. The synergistic effect of these two factors endows the surface with excellent manipulation of superparamagnetic droplet.

Key words: Slippery surface, Shape memory polymer, Superparamagnetic droplet, Self-transportation, Reversible control

中图分类号:

O631

TrendMD:

胡栋栋, 来华, 刘宇艳, 宋颖斌, 罗欣, 张东杰, 樊志敏, 谢志民, 成中军. 形状记忆磁性润滑表面的制备及对超顺磁液滴的滑动操控. 高等学校化学学报, 2023, 44(2): 20220442.

HU Dongdong, LAI Hua, LIU Yuyan, SONG Yingbin, LUO Xin, ZHANG Dongjie, FAN Zhimin, XIE Zhimin, CHENG Zhongjun. Magnetic Gradient Slippery Surfaces with Shape Memory Property for Smart Sliding Control of Superparamagnetic Droplet. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(2): 20220442.

图/表 7

Fig.1 Morphologies of NdFeB particles(A), NdFeB/Epoxy(B) and SiO2 layer(C)

Fig.2 A water droplet sliding on the slippery surface with the tilt angle of 4°(A) and 0°(B) and a magnetic droplet self⁃moving on the slippery surface with the tilt angle of 0°(C)

Fig.3 Statistic results of ΔM(A), shape fixing rate(B), shape recovey rate(C) of the surface of the samples with different mass fraction of NdFeB particles and statistic of needed time for shape recovery of the sample with NdFeB mass fraction of 80% at different temperature(D)

Fig.4 Morphology(A—C) and sectional data(D, E) of the slippery surface at initial state(A, D), with a dent(B, E) and after the shape recovery process(C, F)

Fig.5 Photographs showing the self⁃moving of a magnetic droplet on the slippery surface（A—C） Heater off；（D—F） heater on.

Fig.6 Schematic diagram of various dimensional variables(A) and the relationship between depth of dent and Hm(B), Wm(C) and the distance from the shallow end of magnetic regin(D)

Fig.7 Morphology(A) and sectional data(B) of magnetic field distribution on the surface

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形状记忆磁性润滑表面的制备及对超顺磁液滴的滑动操控

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