武大薛龍建團(tuán)隊(duì)《Chin. J. Chem.》:可用于減阻的仿魚(yú)皮Janus水凝膠涂層


圖1. Janus水凝膠涂層(JHC)的概念和結(jié)構(gòu)。(a)仿翹嘴魚(yú)皮膚的JHC的設(shè)計(jì)策略。(b,c)JHC的(b)詳細(xì)制造工藝和(c)反應(yīng)機(jī)理的示意圖。圖(c)中的插圖:(i)紫外線下粘性水凝膠層(STH)的聚合機(jī)理。(ii)光滑水凝膠層(SLH)中的殼聚糖季銨鹽(CQAS)的物理交聯(lián)。(iii)SLH層中聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)[P(AA-co-AM)]的化學(xué)交聯(lián)。(iv)載玻片上的SLH(頂部)和STH(底部)層的粘附性能。JHC的(d)光學(xué)照片(e)3D輪廓圖像,(f-i)掃描電子顯微鏡圖片。

圖2. JHC的粘附性能。(a)JHC從紙上剝離的照片。JHC中的STH層被亞甲基藍(lán)染色。(b)STH的剪切應(yīng)力-位移曲線。(b)中的插圖是試驗(yàn)的示意圖和試驗(yàn)后STH的照片。(c)CQAS濃度對(duì)STH的剪切應(yīng)力的影響。(d)STH和SLH的法向粘附力。(e)STH對(duì)各種表面的黏附能力。

圖3. 光滑水凝膠(SLH)的力學(xué)性能。(a)5 g砝碼從傾斜5°的JHC上表面滑落的照片。(b)10 mN的法向負(fù)載力下,STH和SLH的摩擦力。(c)在去離子水中浸泡不同時(shí)間后SLH的溶脹率。通過(guò)測(cè)量五個(gè)樣品的平均值獲得。具有不同濃度CQAS的SLH的(d)拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線,(e)楊氏模量和(f)最大應(yīng)力。(g)SLH受圓珠筆穿刺、手術(shù)刀切割、拉伸、扭轉(zhuǎn)拉伸、打結(jié)拉伸的照片。比例尺為1 cm。

圖4. JHC的減阻。(a)粒子圖像測(cè)速儀(PIV)測(cè)試系統(tǒng)示意圖。(b,d)在(b)SLH平面和(d)JHC上的PIV測(cè)試照片。(b,d)中的白色光點(diǎn)是示蹤劑粒子。(c,e)分別基于PIV測(cè)試計(jì)算的(c)SLH平面和(e)JHC表面水流速度分布圖。(f)SLH平面和JHC的歸一化速度對(duì)比圖。

圖5. JHC的防污性能。(a)SLH和JHC在水下與正己烷的接觸角。(b)JHC防污照片。正己烷、礦物油、甲苯和丙酮用油紅染色。(c-e)與金黃色葡萄球菌共培養(yǎng)30 h的(c)PDMS、(d)SLH和(e)JHC表面的SEM圖像和(f)相應(yīng)的金黃色葡萄球菌覆蓋率。
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