液體門控膜作為一種合理設(shè)計的液基自適應(yīng)材料，與傳統(tǒng)膜材料相比具有抗污染和節(jié)能的優(yōu)勢，為智能材料發(fā)展創(chuàng)造了嶄新的機(jī)會，在能源、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境治理、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛而深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。2020年，世界權(quán)威化學(xué)組織國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）將“液體門控技術(shù)”評為該年度全球“化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)”之一。近年來，基于液體門控技術(shù)開發(fā)的智能膜系統(tǒng)吸引了越來越多的關(guān)注，各種環(huán)境驅(qū)動的系統(tǒng)已經(jīng)被構(gòu)建，但自驅(qū)動的液體門控系統(tǒng)尚未實現(xiàn)，這對于實際應(yīng)用中的小型化和便攜式器件集成具有重要意義。
近期，廈門大學(xué)侯旭教授團(tuán)隊基于液體門控技術(shù)開發(fā)了一種新型的自驅(qū)動磁彈性液體門控膜系統(tǒng)，在外加磁場作用下發(fā)生彎月形的形變，實現(xiàn)了氣體輸運的可控開/關(guān)，并能夠有效降低液體輸送的門控壓力閾值。利用磁場作為機(jī)械力，能夠在無需額外環(huán)境壓力驅(qū)動設(shè)備的條件下，對氣體和液體的釋放進(jìn)行自驅(qū)動調(diào)節(jié)。
研究團(tuán)隊從理論和實驗上討論了磁彈性膜的彈性形變、系統(tǒng)界面設(shè)計和抗污行為以及氣液輸運的穩(wěn)定性，為實現(xiàn)氣體和液體釋放的主動調(diào)控提供了一種通用、簡便的方法。此外，結(jié)合快速、遠(yuǎn)程無接觸操作的方式，該研究將在可視化氣/液混合物含量監(jiān)測、節(jié)能多相分離、遠(yuǎn)程藥物控釋等應(yīng)用領(lǐng)域大有裨益。
圖1 液體門控磁彈性膜的制備及自驅(qū)動氣/液釋放示意圖
圖2 磁彈性膜的磁性能、應(yīng)力-應(yīng)變行為、磁響應(yīng)形變性、浸潤性和液體門控磁彈性膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性
圖3 液體門控磁彈性膜系統(tǒng)的門控行為、循環(huán)穩(wěn)定性、氣/液分離和防污行為
圖4 液體門控磁彈性膜系統(tǒng)氣/液釋放調(diào)控及氣/液混合物含量監(jiān)測的應(yīng)用展示
以上研究成果近期以“Liquid Gating Meniscus-Shaped Deformable Magnetoelastic Membranes with Self-Driven Regulation of Gas/Liquid Release”為題發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials，DOI: 10.1002/adma.202107327）。廈門大學(xué)博士生劉靜、碩士生徐雪、雷奕為該工作共同第一作者，廈門大學(xué)侯旭教授為通訊作者。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃（2018YFA0209500），國家自然科學(xué)基金（52025132、21975209、21621091）等資助和支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107327
通訊作者簡介：侯旭教授，國家杰出青年基金獲得者、國家重點研發(fā)計劃納米科技重點專項項目負(fù)責(zé)人、閩江科學(xué)傳播學(xué)者（首批）等。從事仿生液體門控技術(shù)與仿生納流離子學(xué)等研究十余年，出版了兩本國際學(xué)術(shù)著作，并以第一或通訊作者在高水平學(xué)術(shù)期刊如Nature, Science, Nature Reviews Materials, 國家科學(xué)評論, 基礎(chǔ)研究, Nature Communications， Science Advances, Advanced Materials等上發(fā)表論文60余篇。曾獲第二屆“全國創(chuàng)新爭先獎”、國際水協(xié)會-首創(chuàng)“水星獎”科學(xué)創(chuàng)新類-金獎、中國膠體與界面化學(xué)優(yōu)秀青年學(xué)者獎、中國化學(xué)會青年化學(xué)獎等，入選IUPAC全球青年化學(xué)家元素周期表元素代言人，并受邀參加了央視CCTV《人物-故事》及《百家講壇》欄目，F(xiàn)任《Chinese Chemical Letters》副主編、《Advanced Fiber Materials》、《應(yīng)用化學(xué)》和《物理化學(xué)學(xué)報》青年編委、Cell 旗下《Cell Reports Physical Science》顧問委員會委員、中國化學(xué)會仿生材料化學(xué)委員會委員、國際仿生工程學(xué)會青年委員會委員等。
課題組目前開展的研究工作包括：膠體與界面化學(xué)，仿生/智能多尺度孔道系統(tǒng)，膜科學(xué)與技術(shù)，微流體，納流離子學(xué)，界面科學(xué)，物理化學(xué)，電化學(xué)和用于節(jié)能和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的微納制造。團(tuán)隊常年招收優(yōu)秀教師、本科生、研究生和博士后，聯(lián)系方式：houxugroup@163.com。
課題組主頁：http://xuhougroup.xmu.edu.cn/。
