新型二元协同纳米界面材料介绍及应用镀金
2022-07-28 21:58:22 金果机械网
新型二元协同纳米界面材料介绍及应用
借助异质材料的接触与融合所产生的表面和界面的奇异功能特性，来创造新型材料和器件，已成为许多研究领域的指导思想。而纳米层次上的表面和界面科学的发展，又为跨越物理、化学、生物、材料科学和纳米科技等重大学科的新兴交叉研究提供了有利时机。“二元协同纳米界面材料”就是从这一新层次起步的有关高级功能材料研制的新材料okmart.com。
众所周知，物性的二元协同互补性是一个普通的概念，可以表现为多种形式。如：亲水性与疏水性（亲油性与疏油性），导电性与绝缘性，表面几何结构的互补性（如凸与凹），顺磁性与抗磁性，半导体的p型与n型，强诱电体与反强诱电体等等。“二元协同纳米界面结构”这一新概念是以利用分子以上层次的化学和利用外场（光场、电场、磁场、热场等等）诱导下的非平衡态的协同效应为前提，在材料的宏观表面建造二元协同纳米界面结构。该类界面材料的设计思想是，人们不一定追求合成全新的材料，当采取某种特殊的表面加工后，在介观尺度能形成交错混杂的两种性质不同的二维表面相区；而每个相区的面积，以及两相构建的“界面”是纳米尺寸的。研究表明，这样具有不同、甚至完全相反理化性质的纳米相区，在某种条件下具有协同的相互作用，以致在宏观表面上呈现出超常规的界面物性的材料。“二元协同纳米界面材料”是按照基础研究与技术投产高度重叠的发展模式，以便迅速建立起国际市场上处于领先地位的有重大工业前景的高级功能材料产业。
研究表明，光的照射可引起TiO2表面在纳米区域形成亲水性及亲油性两相共存的二元协同纳米界面结构。这样在宏观的TiO2表面将表现出奇妙的超双亲性。笔者所在的研究组利用这种原理制作纳米材料，修饰玻璃等建筑材料表面，使之具有自洁及防雾等效果。
这种双亲二元协同原理，同样可以用来指导进一步设计和研究开发在其他基材上使用的超双亲性修饰剂。例如，在纤维及衣物上使用修饰剂，将使它们具有超双亲性。可以设想洗涤衣物可以仅用清水冲洗，不再使用传统的洗洁剂；同样也可以应用到人造血管和人造人体器官的表面修饰，以防止血栓的形成，并且改善同活体组织的兼容性，以大大延长使用寿命。上述材料，对人类生活和净化环境都是十分重要的。
利用由下到上、由原子到分子、由分子到聚集体的外延生长纳米化学方法，可以在特定的表面上建造纳米尺寸几何形状互补的（如凸与凹相间）界面结构。由于在纳米尺寸低凹的表面可吸附气体分子，所以在宏观表面上相当于有一层稳定的气体薄膜，使油或水无法与材料的表面直接接触，从而使材料的表面呈现超常的双疏性。这时水滴或油滴与界面的接触角趋于最大值。如果在输油管的管道内壁采用带有防静电功能的材料建造这种表面修饰涂层，则可实施石油与管壁的无接触运输。这对于输油管安全运行有重要价值。显然，该超双疏性在纺织、包装工业等领域同样具有广泛的应用前景。
借助光学和光电化学的研究理论，研制出多种具有光化学活性的纳米界面材料。例如，在TiO2表面纳米区域内可以构建光阳极与光阴极共存的二元协同界面结构，在紫外光的照射下具有高效的光催化效果。可以用来分解有毒气体（如甲醛、苯、氧化氮等），杀死其表面的细菌。该材料已在空气净化和杀菌抑菌方面得到应用。