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科学家研制成功新的超疏水-超亲水双功能材料
编辑:尚蒙科技无锡有限公司   时间:2019-02-06

疏水 - 亲水

研究人员首次制造出具有亲水性和疏水性的高度多孔,机械柔韧和可拉伸的无机纳米材料。该材料由互穿的空心氮化镓四足体组成,具有与生物细胞膜相似的性质,可用于传感器,微流体装置和微机器人等应用。

生物细胞膜由磷脂结构单元组成,可吸引和排斥水。磷脂由于其极性磷酸基团“头部”而具有亲水性,并且由于其包含脂肪酸链的非极性“尾部”而具有疏水性。

通过领导的研究小组离子Tiginyanu摩尔多瓦技术大学赖Adelung基尔大学在德国现已取得这样的双重疏水-亲水行为的第一无机纳米结构。研究人员用氮化镓(GaN)制造材料,这是继硅之后第二重要的半导体。他们采用外延沉积技术,称为GaN的氢化物气相外延,在氧化锌(ZnO)的四足微结构模板上生产GaN中空微量四足动物。这些被称为aerotetrapods或aerogalnite(aero-GaN),同时具有疏水性和亲水性。

人工池塘溜冰者

“我们发现我们结构的GaN结构包含微米级和纳米级特征的混合物,”Tiginyanu解释说。“单独的GaN aerotetrapod实际上看起来非常像人工池塘滑冰者,当放置在水面上并以类似的方式与水相互作用时 - 也就是说,它的向下定位臂保持四足浮在表面上。”

防水筏

研究人员说,他们通过将大量这些四足动物组合在一起,从他们的材料中编织出一块防水筏。“另一种动物类比在这里很有用,”Tiginynau说,“因为豆荚与其他动物相互作用的方式与火蚁在洪水期间强力相互抓握的方式相同。”事实上,筏子可以携带比自身重数百倍的液滴。由于网络中相邻四足动物的纳米级厚壁之间的静电相互作用,它具有耐用的结构。

“在编织的筏子中,空心的四足动物的臂变形,由于压电和挠曲电现象,导致壁的电极化,”他解释说。

自我修复和自行推进的液体大理石

他补充说,这还不是全部:航空GaN也可以自我修复。“当我们添加超过阈值量的液体时,aero-GaN筏纹理会产生一个允许部分液体泄漏的孔。一旦超出负荷,木筏似乎会自愈。“

研究人员还发现,当他们将水滴滚到GaN四足床上时,他们可以生产出覆盖整个液滴表面的液态大理石GaN。当使用乙醇水溶液制造的GaN大理石放置在含有水的培养皿中时,它以高达750转/分钟的速度在水表面上推进。

拓宽GaN的潜在应用

Tiginynau解释说,双重行为来自空气四足臂自由端的亲水性,其闭合平面与GaN的极性晶体c面重合,外部空气-GaN壁的疏水性。“aero-GaN的这种亲水疏水特征使其能够像飞水百合甲虫一样在表面上掠过,它通过四个亲水爪拴在水面上,其身体的其余部分是疏水的,因此被水面击退,“他告诉物理世界

他补充说,我们的工作大大拓宽了GaN在固态照明和高频/高功率微电子和纳米电子领域的传统应用。节能的自行式微机电结构,传感器,微流体和微型机器人只是可能受益的一些领域。

“例如,基于aero-GaN的节能型自推进液体弹珠可用于控制密闭空间内的化学反应。并且涂有aero-GaN的液滴可以制造用于培养细胞的生物反应器,特别是考虑到GaN的高化学稳定性及其生物相容性。

纳米能源  10.1016 / j.nanoen.2018.11.049报道了该研究的全部细节

来源:physorg网站

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