【摘 要】
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自然界中广泛存在的成雾、成霜现象严重阻碍了透明材质的透光性,给人们的生活生产带来诸多不便。例如,腹腔胃窥镜、喉管镜片或医用防护服眼罩起雾会影响仪器的正常使用;太阳能电池板、农业温室棚膜起雾会降低光能利用效率,造成经济损失;眼镜、实验室护目镜起雾也会给人们的日常活动带来困扰;除此之外,飞机、汽车的挡风玻璃、后视镜起雾等问题甚至会造成严重的交通事故,对人类安全造成重大危害。因此,人们在生产生活中对防雾
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自然界中广泛存在的成雾、成霜现象严重阻碍了透明材质的透光性,给人们的生活生产带来诸多不便。例如,腹腔胃窥镜、喉管镜片或医用防护服眼罩起雾会影响仪器的正常使用;太阳能电池板、农业温室棚膜起雾会降低光能利用效率,造成经济损失;眼镜、实验室护目镜起雾也会给人们的日常活动带来困扰;除此之外,飞机、汽车的挡风玻璃、后视镜起雾等问题甚至会造成严重的交通事故,对人类安全造成重大危害。因此,人们在生产生活中对防雾抗霜表面的开发和应用有着迫切需求。近年来,防雾表面研究取得了巨大进展,出现了防雾表面多学科交叉研究、多功能结合的趋势,但防雾表面的商业化应用仍有较大的挑战。例如,在实现良好防雾抗霜功能的基础上,如何提高涂层耐刮擦性、生物相容性和耐久性,如何改善和优化涂层的制备工艺,实现规模化生产等问题。针对目前传统防雾抗霜表面涂层机械性能、附着力低或制备工艺繁琐等不足,本研究从耦合仿生学的角度出发,受寒带植物根茎在严寒条件下不结冰的现象启发,研究寒带植物根茎的抗霜冻机制,构建具有亲水-疏水性平衡的吸水性凝胶涂层,并通过热重（TG）、差示扫描量热法（DSC）测试分析仿生原型和凝胶涂层中水的含量和冷冻温度,并阐述植物根茎的吸水性能、抗霜冻效果及相关机理。本研究首先分析了传统的防雾抗霜表面构建策略及制备方法,区别于传统的超亲水、超疏水防雾表面,利用涂层亲水-疏水平衡、吸水性和交联密度平衡之间平衡关系,构建仿生防雾抗霜涂层构建新原理、新策略和新方法。本文工作通过热引发自由基聚合、水热溶解高分子材料和光引发自由基聚合的方法制备了多种功能涂层,并对其防雾-抗霜性能、涂层透过率、自修复性能、附着力性能、耐刮擦性等性能进行测试分析。文章主要开展了三项研究工作:1、通过设计、调节涂层表面亲疏水性组分比率,制备了一系列具有不同亲/疏水单体AMPS/MMA比例的无规共聚物高分子材料,并通过调节涂层交联剂EGDMA浓度来控制涂层的吸水速率,增强涂层的机械稳定性。2、为提高防雾抗霜涂层的生物相容性和耐久性,本研究通过在水相中溶解聚乙烯醇PVA,并通过反复冻融技术,促进分子链缠结以及交联剂水杨酸SA与PVA之间氢键形成,制备水凝胶涂层,该涂层具有良好的防雾抗霜性能及氢键自修复能力。3、为进一步改善涂层的自修复性能,本研究将具有主客体识别性能的单体分子β-CD-AAM/Ad-AAM引入防雾抗霜涂层体系,通过精确调控涂层主客体分子含量,利用紫外光引发聚合方式获得兼具良好自修复性能和优异防雾抗霜性能的涂层体系,并通过相应试验对其功能进行分析和验证。
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