中科院化学所研究人员制备出仿壁虎脚底微观结构的纳米管膜

中国教育装备采购网2005-08-31 10:06围观1014次我要分享

    近日,中科院化学所有机固体院重点实验室江雷研究员及冯琳博士研究小组,利用一种简单的模板覆盖法制备了超疏水性阵列聚苯乙烯 (PS) 纳米管膜。

    冯琳告诉记者,课题组运用英国whatman公司出品的具有纳米级孔洞的圆形模板,将PS溶液倾倒在模板上进行孔洞结构复制后形成了此种PS纳米管膜。研究表明,水滴在这种膜表面具有很大的黏附力,即使倒置或翻转表面水滴也不会滚落。

    冯琳说,他们的这项研究结果是受到壁虎脚底大量纳米结构刚毛产生高黏附力的启发而得到的。壁虎能在光滑的墙壁上行走自如,甚至能贴在天花板上。这表明,壁虎的脚底与物体表面之间必定存在很强的特殊黏着力,但这种力量究竟从何而来?成为数百年来一道难解的谜题。直到2000年,英国《自然》杂志刊发了美国加利福尼亚大学伯克利分校的科学家Full小组的研究论文,揭示出这种特殊的黏着力是由壁虎脚底大量的细毛与物体表面分子之间产生的“范德华力”(即中性分子彼此距离非常近时,产生的一种微弱电磁引力)累积而成的。壁虎的每只脚底部长着大约50万根极细的刚毛,刚毛末端又有约400根至1000根更细小的纳米分支。这种精细结构使得刚毛与物体表面分子间的距离非常近,从而产生“范德华力”。虽然每根刚毛产生的力量微不足道,但累积起来就很可观。根据计算,一根刚毛能够支撑相当于一只蚂蚁的重量,100万根刚毛虽然不到一枚小硬币的面积,却可以支撑20公斤力的重量。如果壁虎同时使用全部刚毛,就能够支持125公斤的力。实际上,壁虎只用一个脚趾,就能够支持整个身体。

    冯琳告诉记者,实验室还在世界上首次利用高敏感性的微电力学天平测量出了水滴与膜之间的黏附力。测量过程为首先将水滴固定在金属圈上,水滴保持圆形;将PS纳米管膜放置在天平上,天平可以上下移动,在移动的过程中,可以准确测量表面上质量的变化。当PS纳米管膜与水滴接近但没有接触的过程中,它们之间没有作用力; PS纳米管膜与水滴接触开始至离开膜表面时,作用力逐渐增大,最大值为60 μN;PS纳米管膜脱离水滴的过程中,作用力迅速降低并重新变为0,水滴也由椭圆形变成圆形。

    该研究结果发表在近期《先进材料》(Adv. Mater. 2005, 17, 1977)上,在网上发表后立即引起了广泛关注,并且被Nature杂志以News & Views的形式进行了报道 (Nature 2005, 436, 471)。就此项研究的应用价值,冯琳说,这种具有高黏附力的阵列PS纳米管膜可以在无损失液体的传输上起到“机械手”的作用,比如在实验室蛋白质运输等要求恒量或者贵重少量液体的运输过程中,纳米管膜可以在微量水滴从超疏水表面到普通亲水表面的传输上起到“机械手”的作用。

来源:中创网浙江分站

相关阅读