仿生毛竹秆茎超疏水表面的制备及防覆冰性能

doi:10.7503/cjcu20230409

摘要/Abstract

摘要：

以天然多尺度结构毛竹秆茎超疏水表面为模板, 采用软模板复型和植物蜡表面疏水改性技术简易构筑仿生超疏水表面. 对毛竹秆茎表面的微纳米结构和化学组成进行了表征, 并探索了仿生毛竹秆茎超浸润表面超疏水和防覆冰性能. 结果表明, 制备的毛竹秆茎表面展现出超疏水、低黏附、自清洁特性, 这些特性主要是由其表面山丘状微米结构和疏水性植物蜡协同作用决定的. 同时, 在低温条件下仿生毛竹秆茎超疏水表面表现出延迟结冰性能.

关键词: 仿生, 毛竹秆茎, 微纳米结构, 超疏水表面, 防覆冰

Abstract:

Based on the natural template of the bamboo culm（Phyllostachys edulis） with multi-scale structures， a biomimetic superhydrophobic surface（SHS） of bamboo stems was successfully fabricated using a fusion strategy of templating method and hydrophobic modification technique with plant wax. The resulted biomimetic material surface of the prepared bamboo culm exhibits superhydrophobic， low adhesion， and self-cleaning characteristics. The research results indicate that the bioinspired SHS of bamboo culm is determined by the synergistic effect of the hill-like microstructure and plant wax with nanoscale laminar structure. Moreover， the SHS possesses the delayed freezing performance under low temperature conditions.

Key words: Bio-inspired, Bamboo culm, Micro-nanostructures, Superhydrophobic surface, Anti-icing

中图分类号:

O647

TrendMD:

赵双, 彭云, 刘春华, 丘依婷, 李亿保. 仿生毛竹秆茎超疏水表面的制备及防覆冰性能. 高等学校化学学报, 2023, 44(12): 20230409.

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图/表 4

Fig.1 Optical photographs(A, D) and SEM images(B, C, E, F) of the natural SHS(A—C) and the artificial SHS(D—F)（A， D） Optical photographs；（B， E） low magnification SEM images；（C， F） high magnification SEM images.

Fig.2 Characterization and surface wettability of the superhydrophobic surfaces of the natural SHS and the artificial SHS（A） FTIR spectra；（B） EDS spectra；（C） contact angle of the natural SHS （insert is rolling angle）；（D） contact angle of the artificial SHS （insert is rolling angle）.

Fig.3 Special wettability behaviors of the artificial SHSSelf-cleaning of the artificial SHS with front view（A） and side view（B）；（C） droplet bouncing on the artificial SHS；（D） low adhesion on the artificial SHS；（E） mechanism of special wettability of the artificial SHS.

Fig.4 Anti⁃icing performance of the artificial SHS of biomimetic bamboo culm（A） Optical images of the freezing and melting process of a water droplet on the artificial SHS；（B） delayed icing time on three types of substrate surfaces（natural SHS， positive replica and artificial SHS）；（C） the schematic of displacement of three-phase contact line in the icing/melting process on the artificial SHS.

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