基于形状记忆效应的表面粘附调控
摘要：高分子材料的表面性在众多应用中扮演了重要角色，对其开展系统研究具有重要的学术和应用价值，针对超疏水表面的亲疏水性能，采用形状记忆效应，对其进行系统调控，实现粘附性的调控。
关键词：形状记忆材料；超疏水表面；接触角；粘附性
正文：
- 构建具有形状记忆效应的表面
形状记忆材料作为智能材料领域的重要分支之一，记忆形状并在特殊刺激下可回复到原始形状的特殊性能，使得其得到快速发展。条件触发的多选择性、灵活的可编辑能力，广泛是设计结构，而且易于调控等优势，是选择其作为实验基础的一个原因。
常见的SMM包括形状记忆合金、形状记忆高分子和形状记忆陶瓷等, 与 SMA相比，SMP具有密度较小、质量较轻、可回复形变量大、生产成本低、易加工成型、印刷适性好、耐腐蚀等特点，因此，自被发现以来受到研究者们的高度重视。近年来，国内外关于MP的研究成果较多，进步较大，未来 SMP仍具有较大的发展前景。[1] 半结晶性聚合物左旋聚乳酸（PLLA）因其良好环境友好性、生物相容性、力学性能好和易加工性，成为SMP的优异选材。本实验采用聚乳酸作为材料构建具有形状记忆效应的表面。
形状回复来自于软段的回复，是一种熵弹性回复，这种回复的趋势来源于大分子链倾向于从取向构象回复到熵更低高更稳定的无规卷曲构象。从材料的基本结构出发：首先，可逆相也就是软段，自身必须具有此种回复趋势。在合适的物理条件变化范围内，体系的熵变区间足够大，既是该趋势跟随条件变化幅度足够大，以达到“回复”的效果；而在这种物理条件变化范围外，熵变化足够小，使回复趋势不可观测，以保持体系的稳定性，以达到“记忆”的效果。其次，回复趋势在不同物理条件范围内具有明显的差异，既在较小范围内完成回复趋势有无的切换，且在各自条件下足够稳定，能积累越多有效熵越好。[2]基于此，在聚乳酸表面开展超疏水表面黏附调控是可以进行且便利的。
- 亲疏水性能
超疏水是一种新型材料，它可以自行清洁需要干净的地方，还可以放在金属表面防止外界的腐蚀，由于其独特的自清洁性能在日常生活和工业领域中有着广泛的应用前景。目前,随着单一功能化超疏水材料研究的成熟,超疏水材料性能的多样性,如透明性、耐磨耐久性、润湿性转换等,在基础研究和实际应用中受到了广泛的关注。透明超疏水涂层除了具备一般超疏水涂层的性能外还具有良好的透光性;而提高超疏水材料的耐磨耐久性在实际应用中具有极为重要的意义;润湿性转换则扩展了超疏水表面在油水分离等方面的应用。[3]
表面上液滴欲移动时所表现出的滞后现象广泛存在于生产和生活中,但是对于出现滞后现象的本质原因尚未在理论上得到完全解决,对液滴处于临界状态时所受到的滞后阻力和推动力的分析和计算是定量描述此滞后现象的关键问题之一。本文应用高速摄像,观察液滴在亲/疏水表面上开始运动的起始端,来研究亲/疏水表而上液滴的滞后阻力。实验发现,在亲/疏水表面上液滴初始移动的起始端并不相同,初步分析是由于液滴在亲/疏水表面上所受到的滞后阻力不同导致的,并且滞后阻力分别与铺展功和粘附功相对应。通过相应的理论分析和实验数据分别对亲/疏水表面上的滞后阻力进行验证,结果发现实验与理论分析相吻合。验证了在亲水和疏水表面上,液滴开始运动时所受到的阻力分别是铺展功和粘附功。滞后阻力反映了液滴在亲/疏水表面上出现滞后现象的本质,同时对于进一步研究接触角滞后提供了理论基础。当液滴处于临界移动状态时,液滴除了受到滞后阻力还会受到推动才会处于平衡状态。[4]
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