Rational design of ionic-liquid infused porous surfaces as liquid repellent coatings

离子液体注入多孔表面作为拒液涂层的合理设计

基本信息

项目摘要

The uncontrolled adhesion of contaminants onto surfaces can drastically decrease the performance of a material in a wide range of technological applications, ranging from clogging in filtration and membrane technology to vision loss in optical devices or pathogen contamination in the healthcare sector. The design of repellent, non-fouling surface coatings is therefore a key engineering challenge.Potential solutions to this problem have evolved from inspiration by the natural world. The traditional role model for the design of repellent surfaces is the Lotus plant, which imparts superhydrophobic properties but can fail to repel low surface tension liquids or complex fluids.An alternative solution is inspired by the Pitcher plant and employs a fluid lubricant layer that is infiltrated into a porous surface coating. This lubricant infiltration prevents direct contact of the surface with a second, contaminated liquid, leading to efficient repellency as the liquid slides off the lubricant layer. Such coatings have shown remarkable repellency of water, low surface tension liquids and complex fluids and great potential for the prevention of fouling by bacteria adsorption, the reduction of ice adhesion, and self-healing characteristics as the fluid lubricant can flow back into damaged parts of the surface. However, the lubricant layer can evaporate, thus degrading the coating over time and at elevated temperatures. Here, we aim to mitigate failure by loss of lubricant using ionic liquids with extremely low vapor pressure as the lubricant. To this end, we will first focus on a detailed, molecular understanding and optimization of the interactions of ionic liquids with the surface. We will use silane chemistry to introduce chemical functionalities onto glass model surfaces and measure the interfacial energy with the ionic liquid. We anticipate that mixed self-assembled monolayers with multiple functional moieties may be required to minimize the interfacial energy, as a consequence of the chemical heterogeneity of ionic liquids. A low interfacial energy is a requirement to create a stable solid-lubricant interface that is not replaced by the liquid to be repelled. Second, we will create highly ordered nanoporous surfaces (inverse opals) as model coatings to investigate the wetting behavior with ionic liquids. We will use the change in structural color upon infiltration and replacement with a second liquid to visualize the repellency properties as a function of the applied surface chemistry. We will then transfer the concept to a simple and scalable coating process. Finally, we will optimize the long-term repellency properties by changing the silane monolayers to surface-bound thin films of active ester-based polymer networks. These can be quantitatively replaced by functional amines, providing side groups that mimic the structural elements of the ionic liquids and thus maximize the chemical affinity with the lubricant.
污染物在表面上的不受控制的粘附会大大降低材料在各种技术应用中的性能,从过滤和膜技术中的堵塞到光学设备中的视力丧失或医疗保健领域中的病原体污染。因此,设计防水、防污的表面涂层是一个关键的工程挑战。这个问题的潜在解决方案来自自然界的灵感。传统的防水表面设计模型是Lotus植物,它赋予超疏水特性,但无法排斥低表面张力液体或复杂流体。另一种解决方案是受Pitcher植物的启发,采用渗透到多孔表面涂层中的流体润滑层。这种润滑剂渗透防止表面与第二污染液体直接接触,从而在液体从润滑剂层滑落时产生有效的排斥性。这样的涂层已经显示出显著的防水性、低表面张力液体和复杂流体,以及防止细菌吸附的污垢、减少冰粘附和自修复特性的巨大潜力,因为流体润滑剂可以流回表面的受损部分。然而,润滑剂层可以蒸发,从而随着时间的推移和在升高的温度下使涂层降解。在这里,我们的目标是使用具有极低蒸气压的离子液体作为润滑剂来减轻润滑剂损失引起的故障。为此,我们将首先重点关注离子液体与表面相互作用的详细分子理解和优化。我们将使用硅烷化学在玻璃模型表面上引入化学官能团,并测量与离子液体的界面能。我们预计,混合自组装单分子膜与多个功能部分可能需要尽量减少界面能,作为离子液体的化学异质性的结果。低界面能是产生稳定的固体-润滑剂界面的要求,该界面不会被待排斥的液体取代。其次,我们将创建高度有序的纳米多孔表面(反蛋白石)作为模型涂层,以研究离子液体的润湿行为。我们将使用渗透后结构颜色的变化和第二种液体的替代,以可视化的排斥性能作为应用的表面化学的函数。然后,我们将这个概念转移到一个简单的和可扩展的涂层过程。最后,我们将通过将硅烷单层改变为活性酯基聚合物网络的表面结合薄膜来优化长期的排斥性能。这些可以定量地被官能胺取代,提供模拟离子液体的结构元素的侧基,从而最大化与润滑剂的化学亲和力。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professor Dr. Nicolas Vogel其他文献

Professor Dr. Nicolas Vogel的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professor Dr. Nicolas Vogel', 18)}}的其他基金

Anisotropic self-assembly structures from isotropic building blocks
来自各向同性构件的各向异性自组装结构
  • 批准号:
    324078907
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants

相似国自然基金

Applications of AI in Market Design
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    万元
  • 项目类别:
    外国青年学者研 究基金项目
基于“Design-Build-Test”循环策略的新型紫色杆菌素组合生物合成研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
在噪声和约束条件下的unitary design的理论研究
  • 批准号:
    12147123
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    18 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
基于贝叶斯网络可靠度演进模型的城市雨水管网整体优化设计理论研究
  • 批准号:
    51008191
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
协同中继系统跨层资源分配与优化调度的理论及方法
  • 批准号:
    60972070
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    33.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
新型M4受体选择性拮抗剂的研究
  • 批准号:
    30973615
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    32.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
多跳无线 MESH 网络中 QoS 保障算法的研究设计和性能分析
  • 批准号:
    60902041
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
下一代无线通信系统自适应调制技术及跨层设计研究
  • 批准号:
    60802033
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    16.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
最优证券设计及完善中国资本市场的路径选择
  • 批准号:
    70873012
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    27.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
无重复析因设计的散度效应分析
  • 批准号:
    10626037
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    3.0 万元
  • 项目类别:
    数学天元基金项目

相似海外基金

Collaborative Research: Rational Design of Ionene + Ionic Liquid Membranes Based on Understanding Gas Transport on Different Length Scales
合作研究:基于不同长度尺度气体传输的紫罗烯离子液体膜的合理设计
  • 批准号:
    2312000
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Rational Design of Ionene + Ionic Liquid Membranes Based on Understanding Gas Transport on Different Length Scales
合作研究:基于不同长度尺度气体传输的紫罗烯离子液体膜的合理设计
  • 批准号:
    2312001
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Towards rational design and control of oxygen migration in oxide thin films for nano-ionic technologies
职业:针对纳米离子技术的氧化物薄膜中氧迁移的合理设计和控制
  • 批准号:
    2144383
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: Computation-Enabled Rational Design of Cytochrome P450 for Ionic Liquid Biodegradation
职业:用于离子液体生物降解的细胞色素 P450 的计算合理设计
  • 批准号:
    1845143
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Artifical neural networks aided rational design of microspheres and polymer-lipid hybrid nanoparticles (PLN) for the delivery of ionic drugs
人工神经网络辅助合理设计用于输送离子药物的微球和聚合物-脂质混合纳米颗粒(PLN)
  • 批准号:
    334572-2006
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Postgraduate Scholarships - Doctoral
Artifical neural networks aided rational design of microspheres and polymer-lipid hybrid nanoparticles (PLN) for the delivery of ionic drugs
人工神经网络辅助合理设计用于输送离子药物的微球和聚合物-脂质混合纳米颗粒(PLN)
  • 批准号:
    334572-2006
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Postgraduate Scholarships - Doctoral
Artifical neural networks aided rational design of microspheres and polymer-lipid hybrid nanoparticles (PLN) for the delivery of ionic drugs
人工神经网络辅助合理设计用于输送离子药物的微球和聚合物-脂质混合纳米颗粒(PLN)
  • 批准号:
    334572-2006
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Postgraduate Scholarships - Doctoral
Rational Design and Analysis of Calcium Binding Protein
钙结合蛋白的合理设计与分析
  • 批准号:
    6320110
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Rational Design and Analysis of Calcium Binding Protein
钙结合蛋白的合理设计与分析
  • 批准号:
    6520475
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Rational Design and Analysis of Calcium Binding Protein
钙结合蛋白的合理设计与分析
  • 批准号:
    6769888
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了