固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

自然界生物的行为总是能随着外部环境条件的变化而改变，赋予材料这种智能性的响应行为具有广阔的应用前景。同时结合日常生产生活所需，在调研文献资料的基础上，拟针对解决响应性极端润湿和响应性气敏传感材料制备过程繁杂、成本昂贵、功能单一和稳定性差等诸多问题。本文以此为选题的出发点，主要研究内容可归纳总结为五个方面，介绍如下：

(1) 在自然界中，首先集中关注荷叶与睡莲的微结构特征及与表面润湿性差异的内在关系。荷叶前表面布满4-10 μm 的乳突，同时叶片底部和乳突顶部均布满70-100 nm纳米棒，形成独特的微纳分等级结构。对于睡莲叶前表面，呈现出较多的褶皱结构，褶皱造成许多裂缝。褶皱之上又现从边缘向中心逐渐凹陷硬币状微观形态。有趣之处，荷叶与睡莲同为喜居于池塘，表面外观与化学成分相似但润湿性却有天壤之别。受荷叶启发，仿生制备了超疏水ZnO纳米材料。本节最后还拓展到自然界中其它动植物表面的润湿特性与其特殊微结构，如竹叶、甲壳虫和蝴蝶翅膀等。

(2) 分别制备了具有磁响应性、pH响应性和紫外光响应性的极端润湿材料。其一，通过水热反应、自聚合多巴胺(PDA)和表面修饰等步骤成功制备了具有磁响应和超疏水双功能特性的F_e3O₄@PDA-FS核壳微米复合球，研究了磁驱动行为和油水分离应用。其二，利用PDA 作为粘附层和硫银键之间的强配位能力，将癸硫醇和11-巯基十一烷酸混合修饰剂成功自组装在 Ag 粒子粗糙增强不锈钢网(SSM)表面，成功制备了具有pH响应的智能SSM并研究在酸碱刺激条件下润湿性的可逆转变行为与响应机理。其三，利用正硅酸乙酯和钛酸四丁酯水解法制备了具有多功能特性的TiO₂/SiO₂复合凝胶：透明超疏水、水下超疏油和紫外光刺激响应自清洁特性。TiO₂/SiO₂复合凝胶分散液喷涂到普通玻璃表面后超疏水，热处理后(450 ℃, 2 h)转换成超亲水。热处理前后，超疏水或超亲水TiO₂/SiO₂涂层均具有紫外光响应的自清洁特性。

(3) 采用一种简单、节能环保的方法来制备响应性一维类针状CuO纳米线气敏传感材料。整个制备过程，无需昂贵设备，可分为三步：常温常压碱溶液刻蚀铜网(CM)基底、150 ℃热解和低功率超声剥落。据我们所知，如此简单的制备一维类针状结构CuO纳米线且具有非常明显的气敏增强效果和实用性，这类工作还是首次报道。寄希望这部分工作能为简单制备金属氧化物半导体纳米线应用于气敏传感分析领域提供全新的思路与启发。

(4) 通过两个实验分别研究了生长过程和不同催化活性金属掺杂对SnO₂气敏传感材料响应性特征参数的影响。在第一个实验中，通过简单的一步法制备了单一结构的SnO₂纳米粒子；增加溶剂热过程后，通过两步法建构了纳米粒子/微米片层二元复合结构的SnO₂。系统性对比地研究了两种不同微结构SnO₂的气敏性能。在第二个实验中，制备了未掺杂SnO₂和三种不同催化金属Zn(Cu/Mn)掺杂的SnO₂气敏传感材料，十种样品通过相同的合成路线，对比研究不同金属及掺杂量对SnO₂气敏性能的影响。金属Zn和Mn适量掺杂后，对响应灵敏度的影响显著；金属Cu适量掺杂后，对响应速度的影响显著。

(5) 氧化镍(NiO)引起了广大研究者的浓厚兴趣，因为它具有优异的物化性质(宽带隙、高电化学活性)、稳定性较好、环境无害和廉价易得等等。在此我们提出一种简化的水热反应，仅在80 ℃的反应条件下，用烧杯作为容器而无需水热反应釜，整个反应体系无需表面活性剂、模板材料和任何环境不友好的有毒有害物质。中间体Ni(OH)₂的微观形貌结构可通过不同的前躯体镍盐调控(硝酸镍或氯化镍)，并且这种方法适合于批量化生产分等级花状的Ni(OH)₂。在经历简单的热处理后可完全转变成形貌保留的NiO，与此同时也实现了NiO转化后的原位退火。所得到的NiO气敏传感材料对苯甲醛具有很高的响应性、较快的响应速率和长时间稳定性。