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仿生多相限域复合高分子凝胶

高分子学报 2023年第11期54卷 1641-1662页

作者：周杭生黄金赵天艺刘明杰北京航空航天大学化学学院北京100191 北京航空航天大学国际交叉科学研究院北京100191

自然界中,许多生物软组织中存在多相限域结构的功能凝胶,例如高山生物细胞中的抗冻凝胶和肌肉组织中的力学各向异性凝胶,它们在生物活动中发挥了重要作用.合成高分子凝胶虽然具有与天然软组织相似的软、湿和弹性特性,但缺乏环境适应性,... 详细信息

自然界中,许多生物软组织中存在多相限域结构的功能凝胶,例如高山生物细胞中的抗冻凝胶和肌肉组织中的力学各向异性凝胶,它们在生物活动中发挥了重要作用.合成高分子凝胶虽然具有与天然软组织相似的软、湿和弹性特性,但缺乏环境适应性,在复杂外界环境中的应用受限.天然凝胶材料因其独特的多相限域结构,具备更优的环境适应性.因此,通过仿生限域结构是开发适应性复合高分子凝胶的有效途径.本文主要回顾了具有多相限域结构的自适应凝胶材料的设计原则和制备策略,从构筑异质互穿网络、微相分离网络和各向异性网络三个方面出发,介绍了功能高分子凝胶在防冻、形状记忆、表面功能化、力学性能调控和响应性驱动等方面的研究进展.最后,探讨了仿生多相限域复合高分子凝胶领域当前面临的挑战和前景.

关键词：仿生高分子凝胶多相协同限域复合适应性功能

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高分子固液复合界面与液体黏附调控

高分子学报 2020年第5期51卷 530-547页

作者：程舒曼郭璞衡利苹北京航空航天大学化学学院北京100191

受猪笼草口缘区润滑效应启发,将低表面能液体注入高分子微纳米多孔结构中可构筑高分子固液复合界面.与超疏水固体界面相比,固液复合界面展现出独特的浸润性和黏附性.界面黏附是高分子复合材料重要的性质之一,实现界面黏附的精准调控对... 详细信息

受猪笼草口缘区润滑效应启发,将低表面能液体注入高分子微纳米多孔结构中可构筑高分子固液复合界面.与超疏水固体界面相比,固液复合界面展现出独特的浸润性和黏附性.界面黏附是高分子复合材料重要的性质之一,实现界面黏附的精准调控对促进这类材料的发展和应用具有至关重要的作用.本文重点从稳定性调控、方向性调控以及原位可逆调控3个方面综述提升固液复合界面黏附可控性的工作,通过在表面微米结构中组装纳米层状及异质纳米层状结构,提高界面黏附的稳定性;使用界面薄层定向冷冻干燥法、激光刻蚀法以及复型法等方法,构筑具有取向结构的高分子固液复合界面,实现界面黏附的方向性调控;通过在界面中引入快速响应的智能基元,设计智能响应高分子固液复合界面,实现界面黏附的原位可逆调控.最后,概述了这类材料目前存在的问题并展望了其未来发展的方向.

关键词：高分子固液复合界面液体黏附稳定性调控方向性调控原位可逆调控

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仿生多微纳米梯度界面的液滴动态行为调控

应用化学 2022年第1期39卷 110-130页

作者：高春雷郑咏梅北京航空航天大学化学学院北京100191 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

对液滴在界面上动态行为的研究是化学和材料领域的一个重要方向,许多先进的表面和界面技术,比如集水、防覆冰、防雾、微流体控制和传热等,均属于这一范畴。通过模仿自然界中具有特殊微纳米结构和特定化学组成的生物表面,设计并构筑相应... 详细信息

对液滴在界面上动态行为的研究是化学和材料领域的一个重要方向,许多先进的表面和界面技术,比如集水、防覆冰、防雾、微流体控制和传热等,均属于这一范畴。通过模仿自然界中具有特殊微纳米结构和特定化学组成的生物表面,设计并构筑相应具有特殊浸润性的仿生界面,对仿生界面材料的技术应用起到了良好的先导与示范作用。本文结合本课题组的研究工作,以自然界中具有特殊微纳米结构和梯度特征的生物表面为出发点,分别从仿生多微纳米梯度界面的雾滴传输聚集调控、低温憎水/防覆冰动态调控、微液滴驱动调控3个方面,综述了近年来仿生多微纳米梯度界面的液滴动态行为调控方面的代表性研究工作,并对该领域的研究现状做出了总结和展望。

关键词：仿生浸润性微纳米结构集水防覆冰液滴驱动

仿生多尺度功能水凝胶的设计与制备:从二维界面到三维网络

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高分子学报 2018年第9期28卷 1155-1174页

作者：刘玉霞陈列赵紫光房若辰刘明杰北京航空航天大学化学学院北京100191

水凝胶是以大量水为分散介质的三维高分子网络.高分子网络和水分子之间的氢键将水束缚在网络内部,从而使体系丧失流动性并转变成一种准固态物质.水凝胶能够在多种外界刺激下改变形状和体积,因此在软体机器人、柔性电子器件和传感器等领... 详细信息

水凝胶是以大量水为分散介质的三维高分子网络.高分子网络和水分子之间的氢键将水束缚在网络内部,从而使体系丧失流动性并转变成一种准固态物质.水凝胶能够在多种外界刺激下改变形状和体积,因此在软体机器人、柔性电子器件和传感器等领域具有广泛的应用前景,也引起了科研人员的关注.在生物软组织中,多尺度结构(如表面微/纳米结构,有序三维网状结构)的存在对于生物材料的自清洁、耐冻、环境适应性和优异的机械性能等功能至关重要.受生物水凝胶结构与功能特性的启发,研究人员开发了一系列对各种机械和环境条件具有高度适应性的仿生多尺度水凝胶.本文将从水凝胶的二维界面和三维网络的设计2个方面总结和讨论近年来仿生多尺度水凝胶的研究成果.二维界面设计包括表面化学/物理修饰、表面微/纳米结构构筑,能够调节水凝胶的表面浸润性和黏附性,拓展水凝胶在生物医学、海洋防污等领域的应用;三维网络设计,如引入非共价交联作用、设计有序网络结构、复合异质网络等,能够赋予水凝胶自修复性能、各向异性、高强度、形状记忆性能及抗冻性等优异的特性,拓展了水凝胶在可穿戴设备、软体机器人等领域以及复杂环境中的应用.最后我们对仿生水凝胶网络的设计、异质网络的分散以及无损表征等方面未来的发展以及该领域所存在的挑战作出展望.

关键词：仿生水凝胶多尺度二维界面三维网络

钴/氮掺杂碳纳米管/石墨烯复合材料的构筑及氧还原催化性能

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高等学校化学学报 2018年第2期39卷 343-350页

作者：狄沐昕肖国正黄鹏曹翊寰朱英北京航空航天大学化学学院北京100191 北京航空航天大学空间与环境学院北京100191

以石墨烯/N-甲基吡咯烷酮(NMP)分散体和Co(NO_3)_2混合物为前驱体,经过高温和化学掺杂处理,制备了钴/氮掺杂的碳纳米管/石墨烯复合材料(Co/N-CNT/Gr-X,X代表煅烧温度),并对其进行物相表征和电化学性能测试.结果表明,在钴盐催化下,石墨... 详细信息

以石墨烯/N-甲基吡咯烷酮(NMP)分散体和Co(NO_3)_2混合物为前驱体,经过高温和化学掺杂处理,制备了钴/氮掺杂的碳纳米管/石墨烯复合材料(Co/N-CNT/Gr-X,X代表煅烧温度),并对其进行物相表征和电化学性能测试.结果表明,在钴盐催化下,石墨烯分散体中的有机溶剂NMP成为碳源,在石墨烯表面形成高密度的碳纳米管,形成了三维多级结构;同时,钴离子部分氧化成为氧化物,部分与N形成Co—N活性位点,其协同作用极大改善了催化剂的氧还原性能.其中Co/N-CNT/Gr-800的还原峰电位为-0.137 V(vs.SCE),极限电流密度为4.24 m A/cm^2,电子转移数为3.34,表现出优异的耐甲醇中毒能力.

关键词：电催化剂氧还原反应碳纳米管石墨烯杂原子掺杂

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纳米科技美育课程的探索与实践

化学教育（中英文） 2024年第2期45卷 23-27页

作者：周苇贾国利北京航空航天大学化学学院北京100191 北京航空航天大学校机关北京100191

纳米科技引领芯片、能源、催化等领域的研究进展,如何从中挖掘出美的元素,达到知识教育兼具科技美育的效果,笔者进行了有益的探索与实践。通过梳理课程内容,形成“知识讲解—美学赏析—艺术创作”的教学新模式,凝练出“纳米结构美”“... 详细信息

纳米科技引领芯片、能源、催化等领域的研究进展,如何从中挖掘出美的元素,达到知识教育兼具科技美育的效果,笔者进行了有益的探索与实践。通过梳理课程内容,形成“知识讲解—美学赏析—艺术创作”的教学新模式,凝练出“纳米结构美”“纳米研究的逻辑美”与“微纳创作美”等3方面的美学联系,实现了科技与艺术的有机融合,达到知识收获、以美育人的目的。

关键词：纳米科技扫描图像美育教学模式艺术创作

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基于仿生超疏水的拉曼光谱综合实验设计

实验技术与管理 2022年第1期39卷 191-193,213页

作者：高宇坤尤汀汀殷鹏刚北京航空航天大学化学学院北京100191

文章以研究生实验课程为例,设计了一种基于仿生超疏水微纳多级结构基底制备及在表面增强拉曼光谱中应用的全新实验课程实施方案,分析了该实验课程在研究生教学中的优势。该实验通过引入前沿科学问题、提出新型分析手段以及结合实际应用... 详细信息

文章以研究生实验课程为例,设计了一种基于仿生超疏水微纳多级结构基底制备及在表面增强拉曼光谱中应用的全新实验课程实施方案,分析了该实验课程在研究生教学中的优势。该实验通过引入前沿科学问题、提出新型分析手段以及结合实际应用等方式,对实验方法、实验步骤进行了改进设计,有利于提高学生的科研兴趣,培养他们的创新思维,锻炼他们的钻研精神。

关键词：研究生教学自主创新科研能力实验课程拉曼光谱技术仿生超疏水微纳结构

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纳米多孔金的单分子层门控离子输运性质研究

化学学报 2017年第9期75卷 873-877页

作者：闫娜娜肖天亮刘兆阅北京航空航天大学化学学院北京100191

生物离子通道能够对环境刺激作出响应,有效地调节细胞内外的物质平衡,保证体内的正常生命活动.研究具有生物离子通道功能的人工离子通道对发展离子开关具有重要的意义.本工作利用电化学去合金法制备了具有三维通道结构的纳米多孔金膜,... 详细信息

生物离子通道能够对环境刺激作出响应,有效地调节细胞内外的物质平衡,保证体内的正常生命活动.研究具有生物离子通道功能的人工离子通道对发展离子开关具有重要的意义.本工作利用电化学去合金法制备了具有三维通道结构的纳米多孔金膜,并将其应用于离子通道,研究其离子输运性质.在电场作用下,纳米多孔金由于发生极化而使通道表现出离子整流性质.在纳米多孔金表面修饰十二烷基硫醇单分子层,利用其疏水效应,通道能够阻止离子的传输,使其处于"关闭"态.溶液中的化学刺激如表面活性剂能够增强电解质溶液在通道表面的浸润,有利于离子的传输,使通道处于"打开"态.这种单分子层修饰的纳米多孔金表现出表面活性剂响应的离子开关特性.

关键词：离子通道去合金法纳米多孔金表面活性剂离子开关

具有航空航天特色的高分子化学本研一体化教学探索

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大学化学 2024年第6期 103-111页

作者：霍利军王明存赵天艺刘明杰北京航空航天大学化学学院

本文对如何在航空航天特色背景下进行高分子化学课程的本研一体化教学，进行了教学探索和教学实践，建立了具有航空航天特色的层次化、模块化的高分子化学课程体系。结果表明以上教学改革在人才培养中兼顾高分子通用知识和行业专业知识... 详细信息

本文对如何在航空航天特色背景下进行高分子化学课程的本研一体化教学，进行了教学探索和教学实践，建立了具有航空航天特色的层次化、模块化的高分子化学课程体系。结果表明以上教学改革在人才培养中兼顾高分子通用知识和行业专业知识，促进了具有航空航天化学专业特色的毕业生培养，在学生就业、竞赛成绩等方面成效显著。

关键词：高分子化学课程航空航天特色本研一体化理论与实验协同