可转换润湿性油驱动变形行为及功能机制

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天法道,道法自然。从生物体诞生于地球起,在自然界优胜劣汰的法则下,为了满足自身需求和适应环境的发展,部分生物体表面演化出独特润湿性来保证自身的存续。近年来,单一独特润湿性已经不能满足人们对更好生活的需求,因此具有外部刺激响应的可调控润湿性智能仿生材料受到越来越多的青睐。在外界刺激下,润湿性转变大部分是由于化学成分和微观结构的可逆转变而引起的。由于化学成分变化存在着化学处理复杂、反应缓慢、污染环境、寿命有限等问题,结构变化智能响应润湿材料因制备简单、效果明显、绿色环保将成为未来发展的趋势。在自然环境独特润湿性的生物体表面微结构影响下,本文制备了具有拉伸特性的PDMS超疏水表面,成功完成了液滴弹跳试验、液滴转移试验,设计并构造Janus膜,利用其吸油溶胀和润湿性差异发生弯曲,成功制造了可定向运动的软体机器人,为应用于雾水收集、液滴/流体操控、智能软体机器人等相关领域提供了参考,主要的研究结论如下:(1)通过单步激光刻蚀法,成功制备了机械拉伸下润湿性可逆转变的PDMS表面。在简单的机械拉伸-松弛下,样品表面微观结构发生可逆转变,从而导致PDMS表面润湿性从超疏水低粘附转变为疏水高粘附。探究了激光功率、激光扫描间隔、样品厚度对PDMS表面拉伸润湿性的影响,并找到最佳参数,成功完成了液滴弹跳、液滴转移试验。(2)利用激光刻蚀和机械切割相结合的方法制备了具有特殊润湿特性的油驱动Janus薄膜。借助PDMS薄膜超疏水超亲油和吸油溶胀的特性,探究PDMS膜变形弯曲程度与滴加油液体积、油液种类、石墨烯含量的关系。根据结构不对称受力不平衡的理念,机械切割为不同形状的薄膜,探究其在油液驱动下的运动情况。对于PDMS膜的定向运动,其运动速度跟结构形状设计、环境温度有关,运动位移与结构形状设计、表面摩擦系数、运动循环数有关。
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