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厦大侯旭教授团队《Mater. Horiz.》:基于非牛顿流体的液体门控技术实现声响应和自防护气体输运调控
2023-01-04  来源:高分子科技

  通过多孔介质对气体输运的控制与化学反应、界面吸附和医疗过程等众多领域息息相关。液体门控膜采用与固体多孔膜具有较高亲和力的功能液体作为结构材料,基于动态自适应的界面调控,随着施加压力的改变,液体门可逆的打开和关闭为气体在多孔膜上的便利输运带来了新的可能。在2020年,液体门控技术被世界权威化学组织国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)评为年度全球化学领域十大新兴技术。近年来,液体门控技术迅速发展,在气体操纵方面展示出了优异的控制能力,各种面向实际应用的液体门控体系已被开发,比如微流体化学反应、物质检测、空气净化等,然而,通常在压力增大至特定的阈值时门控即会打开,实现自防护的关闭状态仍然是一个很大的挑战,特别是当压力骤然增大时,对于保持液体门控膜体系自身的稳定性以及一些危险气体输运的安全性具有重要意义。


  近期,厦门大学侯旭教授团队基于液体门控技术开发了一种基于剪切增稠流体的非牛顿流体门控膜气体自防护输运控制的全新策略,利用限域几何条件下颗粒间相互作用的转变,同时可以通过声场实现气体输运的远程实时动态调控。研究团队从实验和理论上讨论了气体输运控制的稳定性和可调性,通过固体多孔膜孔径、颗粒尺寸、声场功率和作用时间等对气体输运的阈值压强进行精确调节。此外,利用门控流体的剪切增稠特性,可获得抵抗瞬间高压气体冲击的门控自动关闭响应,该研究为危险和易爆气体输运等复杂或极端环境的智能材料设计、能源开发和存储、医疗设备和智能气动机器人等未来广泛的技术应用提供了一种通用的绿色的策略。


  该工作以“Non-Newtonian fluid gating membranes with acoustically responsive and self-protective gas transport control”为题发表在《Materials Horizons2022DOI10.1039/D2MH01182D)上。厦门大学化学化工学院博士生刘静(现为嘉庚创新实验室博士后)为论文第一作者,厦门大学化学化工学院博士后盛智芝(现为中科院苏州纳米所副研究员)为论文共同通讯作者。该研究工作获得了国家自然科学基金(52025132219752092162109122021001),国家重点研发计划(2018YFA0209500111高等学校学科创新引智计划(B16029, B17027)资助、嘉庚创新实验室科技项目(RD2022070601)等资助和支持。 


图1 非牛顿流体门控膜气体输运控制及自保护机制示意图 

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图2 非牛顿流体门控膜的设计及气体输运特性


 图3 声场对非牛顿流体门控膜气体输运行为的调控


图4 非牛顿流体门控膜的声响应气体释放控制及自防护行为展示


  论文链接:https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2023/MH/D2MH01182D


  通讯作者简介:


  盛智芝,中科院苏州纳米所副研究员,中科院青促会会员、姑苏青年创新领军人才,担任中国化学快报青年编委。长期从事微纳限域固液复合材料的研究,已发表SCI学术论文31篇,其中以第一作者和通讯作者(含共一/共同通讯)发表SCI学术论文12篇,包括Science Advances, 国家科学评论, Nature Communications, Advanced Materials, Chemical Society Reviews, Angewandte Chemie International Edition等,获中国发明专利授权9项,美国专利授权1项。


  侯旭,国家杰出青年基金获得者、国家重点研发计划纳米科技重点专项项目负责人、厦门大学化学化工学院电化学科学与工程研究所所长、国际仿生工程学会青年委员会委员、中国化学会仿生材料化学委员会委员、世界顶尖科学家论坛(WLF)青年委员会委员、中国十大新锐科技人物、福建省十佳科学传播人物等。侯旭教授一直从事仿生智能材料的研究,出版了两本国际学术著作,并以第一或通讯作者在高水平学术期刊如Nature, Science, PNAS, Nature Reviews Materials, 国家科学评论, Science Advances, Nature Communications等上发表论文80余篇。侯旭教授曾受邀参加了央视CCTV科教频道《人物-故事》及《百家讲坛》栏目,展示当代青年科学家的原创力、新型研究理念与瞩目研究成果。侯旭教授课题组目前开展的研究工作包括:液体门控技术,仿生纳流离子学,膜科学与技术,仿生科学,界面科学,物理化学,生物医学,微纳加工技术。团队常年招收优秀教师、本科生、研究生和博士后,联系方式:houxugroup@163.com。


  课题组主页:http://xuhougroup.xmu.edu.cn/

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(责任编辑:xu)
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