超疏气磁响应柔性微纤毛阵列的仿生构筑及其应用研究

基本信息
批准号:22105014
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:10.00
负责人:贲霜
学科分类:
依托单位:北京航空航天大学
批准年份:2021
结题年份:2022
起止时间:2022-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
功能仿生抗粘附表面仿生定向输运超疏气表界面仿生材料
结项摘要

The manipulation of underwater bubbles is of great significance in scientific research and industrial applications, since they are ubiquitous and inevitable in production and life, e.g. agriculture and industry processes. Unfortunately, in aqueous environment, the bubbles are mainly dominated by the buoyancy and move upward, which makes the manipulation of bubbles difficult. To this end, numerous materials have been designed to manipulate bubbles. However, almost all of the existing materials are based on the superaerophilic surface. However, these works through the superaerophilic surface to drive the gas bubble-oriented transport. This stragety not only has very low controllability for gas bubbles transport, but also cannot control the gas bubbles transport speed. These limitations greatly hinder the application of bubbles in microelectromechanical systems. Therefore, it is of great significance to develop a more controllable and reliable gas bubble conveying system for effective utilization of gas bubbles. In this project, a magnetically responsive flexible microcilia array with an underwater superaerophobic structure was constructed in a bionic. Under the action of external magnetic field, the real-time, efficient, non-destructive and reversible control of different volume bubbles was realized in different pH liquid and different inclined angle plane.The mechanism of magnetic control transport was deeply explored, and the surface of flexible microcilia array with superaerophobic and magnetic response was applied to the control of electro-chemical or bubble micro reaction.

水下气泡在农业、工业等生产和生活过程中普遍存在且不可避免,因此水下气泡的处理在科学研究和工业应用中具有重要意义。然而,在水环境中,气泡主要受浮力的影响而向上运动,这给气泡的操控带来了困难。为此,人们设计了多种材料来操控气泡。然而,现有的材料基本上都是通过超亲气的表面驱动气泡定向输运,不仅输运气泡的即时可控性和位置精度低,也不能控制输运速度,更不能各个方向,多种环境下无损失可逆操控。这些限制大大阻碍了气泡在微电子机械系统中的应用。因此,构筑一种能够在更多环境条件下实现微气泡的高效、无损和可逆操控的界面材料具有更广阔的应用前景。本项目仿生构筑了具有水下超疏气结构的磁响应柔性微纤毛阵列。在外加磁场的作用下,在不同pH液体中和不同倾斜角度平面上实现了对不同体积气泡的即时、高效、无损、可逆操控;并深入探究磁控输运机理,将超疏气磁响应柔性微纤毛阵列表面应用于对电化学或气泡微反应的控制等。

项目摘要

本项目的研究目标为构筑具有气泡操控能力的柔性水下超疏气界面材料以实现其对水下气泡的高效、无损、可逆操控。主要的研究内容为仿生构筑出不依靠表面结构梯度或浸润性梯度来操控气泡的超疏气的磁响应界面材料,并在不同pH的溶液中,实现气泡即时、高效、无损操控。本项目提出了一种能够在仿生PDMS纤毛表面构筑性质稳定的水下超疏气结构的方法,进而设计一种能够在不同条件下实现高效、无损、可逆操控水下微气泡的集成装置。通过传统的模板覆形法构筑了仿生磁响应柔性微纤毛阵列表面,并通过仿贻贝蚕丝蛋白黏附的方法对其表面进行水下超疏气修饰,在外加磁场的作用下,实现了对水下微气泡的即时、高效、无损、可逆操控;通过调控磁响应柔性微纤毛的尺寸和磁感应强度系统的研究了不同体积水下微气泡的输运速度和操控情况,探究了最优条件,最终实现了在不同pH液体中和不同倾斜角度平面上对不同体积水下微气泡的智能操控;并深入探究了磁控输运机理,将所制备的水下超疏气结构应用于对电化学反应的控制或气泡微反应。最后,项目中制备水下超疏气柔性微纤毛阵列操控气泡的方法为气泡在更多领域的应用提供了参考,并为未来扩展微流体技术应用的开发和研究提供了基础。项目所取得的研究成果发表在国际高水平期刊Advanced Functional Materials上,并申请了国家发明专利。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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