江南大学钱善华教授团队：一种为软材料表面改性提供较好的借鉴方法

2023-05-06 14:02:27 作者：钱善华教授团队来源：中国表面工程分享至：

硅橡胶作为一种具有良好理化特性的高分子材料，在体内医学检测等领域应用极为广泛，但其固有的疏水性导致其在液体环境中减阻性能较差，易给患者体内检测时带来疼痛，故制造出良好润滑性能的硅胶表面极为重要。江南大学钱善华教授团队在《中国表面工程》2023年第2期发表文章《丙烯酰胺浓度对聚二甲基硅氧烷表面涂层性能的影响》，文中以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基材，以丙烯酰胺(AAm)为反应单体，通过紫外光固化工艺在PDMS表面制备不同浓度的聚丙烯酰胺(PAAm)涂层，对涂层的表面成分、表面粗糙度、厚度、亲水性能及润滑性能等特性进行表征，还讨论AAm浓度对涂层性能的影响。

引用格式

陈惟惟,钱善华,周帅帅,李辉,申玉军.丙烯酰胺浓度对聚二甲基硅氧烷表面涂层性能的影响[J].中国表面工程,2023,36(2):180-188.

CHEN Weiwei,QIAN Shanhua,ZHOU Shuaishuai,LI Hui,SHEN Yujun.Effect of Acrylamide Concentration on Coating Properties on Polydimethylsiloxane Surfaces[J].China Surface Engineering,2023,36(2):180-188.

精彩看点

1. 论文创新点

选用丙烯酰胺单体，设计了一种硅橡胶表面构建牢固简单高效的涂层策略，即通过紫外光固化法对硅橡胶表面进行预处理、固化、清洗，成功制备出牢固的亲水性涂层；其次，研究了丙烯酰胺浓度对涂层表面性能的影响，其结果能为硅橡胶在体内液体环境下减阻性能改善提供较高的借鉴。

2. 重要结论

（1）以AAm为反应单体，通过紫外光固化法对硅橡胶表面进行改性，仅需1h即可在其表面制备出牢固的亲水涂层。

（2）通过AAm浓度的调节实现了对涂层厚度的调控；在一定范围内，随着AAm浓度的提高，涂层的粗糙度、厚度、亲水性均得到显著改善；当AAm浓度为20 wt.%时，测得的水接触角低至18.24°，与基材PDMS(110°)相比已大幅降低。

（3）PAAm涂层具有良好的润滑性能，含8 wt.% AAm的涂层摩擦系数均值低至0.039，与基材PDMS(2.16)相比降低了98.2%，对应的润滑性能更为显著。

文章图6 涂层边缘三维形貌图片及涂层厚度随 AAm 浓度变化

课题组简介

1. 论文主创

钱善华，男，1980年出生，中共党员，博士，现为江南大学机械工程学院教授、博士生导师，主要研究方向为摩擦学和仿生设计。现任中国机械工程学会摩擦学分会委员、江苏省机械工程学会摩擦学分会副主任委员、无锡市机械工程学会常务理事、《材料保护》编委等。主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中国博士后科学基金、国家/省级重点实验室开放基金和企业委托技术开发等20余项。发表学术论文70余篇（其中SCI检索20余篇），第一发明人授权国家发明专利11项，曾获江苏省科学技术二等奖、中国商业联合会科学技术一等奖等。

陈惟惟，女，1998年出生，中共党员，江南大学机械工程学院2021级硕士研究生，主要研究方向：摩擦学。

2. 团队简介和主要研究方向

江南大学机械工程学院钱善华教授课题组，目前在读研究生15名，主要围绕学校学科特色，开展与食品相关的摩擦学和仿生设计等关键基础问题及其应用研究，正在开展“面向口腔环境的流体食品摩擦行为及应用研究”、“基于仿生食道蠕动的流体食物滑移行为及应用研究”、“卷烟抽吸过程中口腔涩感评定方法研究”、“食品先进制造装备中摩擦学关键基础问题及其应用研究”和3项企业委托项目等课题研究。所在的课题组为学院摩擦学及表面工程实验室，设有洁净实验室一间，拥有MFT-5000多功能摩擦磨损试验机、MFP-D白光干涉/原子力双模显微镜、CSPM5000扫描探针显微镜、M2000环块磨损试验机、抛光试验机、电子天平、接触角测量仪等设备。

课题组的主要研究方向为摩擦学和仿生设计：

（1）摩擦学：① 面向口腔环境下部分流体食品的摩擦特性研究，即开展部分食品的感官属性（如涩感、顺滑感、滑溜感等）与其软湿界面摩擦特性的关联性研究，主要涉及到口腔软材料的制备、感官属性评定、摩擦工况参数、润滑模型的数值计算，以及脑电信号的提取和触发机构的设计等；② 面向食品装备的食品级润滑材料制备及其性能表征，主要涉及到材料制备、添加剂、工艺参数、安全性评价和机制分析等；③ 面向食品装备的微约束空间内润滑材料迁移行为研究，即开展食品装备中润滑材料泄漏的关键因素研究，主要涉及到密封元件性能、润滑材料性能、软接触润滑模型的数值计算及仿真分析等。

（2）仿生设计：① 面向吞咽障碍患者的体内流体食物输运机制及应用研究，主要涉及图像处理、运动仿真、结构设计及调试，以及特定工况下粘性流体的滑移特性评定等；② 面向体内软组织的软材料制备及性能表征，主要涉及到高分子材料、添加剂、工艺参数、界面改性（亲疏水、表面织构、界面结合力等）、力学性能及摩擦性能表征等，以及通过温度场、磁场等物理场驱动软材料的变形特性等。

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