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江南大學錢善華教授團隊：一種為軟材料表面改性提供較好的借鑒方法

2023-05-06 14:02:27 作者：錢善華教授團隊來源：中國表面工程分享至：

硅橡膠作為一種具有良好理化特性的高分子材料，在體內醫學檢測等領域應用極為廣泛，但其固有的疏水性導致其在液體環境中減阻性能較差，易給患者體內檢測時帶來疼痛，故制造出良好潤滑性能的硅膠表面極為重要。江南大學錢善華教授團隊在《中國表面工程》2023年第2期發表文章《丙烯酰胺濃度對聚二甲基硅氧烷表面涂層性能的影響》，文中以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為基材，以丙烯酰胺(AAm)為反應單體，通過紫外光固化工藝在PDMS表面制備不同濃度的聚丙烯酰胺(PAAm)涂層，對涂層的表面成分、表面粗糙度、厚度、親水性能及潤滑性能等特性進行表征，還討論AAm濃度對涂層性能的影響。

引用格式

陳惟惟,錢善華,周帥帥,李輝,申玉軍.丙烯酰胺濃度對聚二甲基硅氧烷表面涂層性能的影響[J].中國表面工程,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.

精彩看點

1. 論文創新點

選用丙烯酰胺單體，設計了一種硅橡膠表面構建牢固簡單高效的涂層策略，即通過紫外光固化法對硅橡膠表面進行預處理、固化、清洗，成功制備出牢固的親水性涂層；其次，研究了丙烯酰胺濃度對涂層表面性能的影響，其結果能為硅橡膠在體內液體環境下減阻性能改善提供較高的借鑒。

2. 重要結論

（1）以AAm為反應單體，通過紫外光固化法對硅橡膠表面進行改性，僅需1h即可在其表面制備出牢固的親水涂層。

（2）通過AAm濃度的調節實現了對涂層厚度的調控；在一定范圍內，隨著AAm濃度的提高，涂層的粗糙度、厚度、親水性均得到顯著改善；當AAm濃度為20 wt.%時，測得的水接觸角低至18.24°，與基材PDMS(110°)相比已大幅降低。

（3）PAAm涂層具有良好的潤滑性能，含8 wt.% AAm的涂層摩擦系數均值低至0.039，與基材PDMS(2.16)相比降低了98.2%，對應的潤滑性能更為顯著。

文章圖6 涂層邊緣三維形貌圖片及涂層厚度隨 AAm 濃度變化

課題組簡介

1. 論文主創

錢善華，男，1980年出生，中共黨員，博士，現為江南大學機械工程學院教授、博士生導師，主要研究方向為摩擦學和仿生設計。現任中國機械工程學會摩擦學分會委員、江蘇省機械工程學會摩擦學分會副主任委員、無錫市機械工程學會常務理事、《材料保護》編委等。主持國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、中國博士后科學基金、國家/省級重點實驗室開放基金和企業委托技術開發等20余項。發表學術論文70余篇（其中SCI檢索20余篇），第一發明人授權國家發明專利11項，曾獲江蘇省科學技術二等獎、中國商業聯合會科學技術一等獎等。

陳惟惟，女，1998年出生，中共黨員，江南大學機械工程學院2021級碩士研究生，主要研究方向：摩擦學。

2. 團隊簡介和主要研究方向

江南大學機械工程學院錢善華教授課題組，目前在讀研究生15名，主要圍繞學校學科特色，開展與食品相關的摩擦學和仿生設計等關鍵基礎問題及其應用研究，正在開展“面向口腔環境的流體食品摩擦行為及應用研究”、“基于仿生食道蠕動的流體食物滑移行為及應用研究”、“卷煙抽吸過程中口腔澀感評定方法研究”、“食品先進制造裝備中摩擦學關鍵基礎問題及其應用研究”和3項企業委托項目等課題研究。所在的課題組為學院摩擦學及表面工程實驗室，設有潔凈實驗室一間，擁有MFT-5000多功能摩擦磨損試驗機、MFP-D白光干涉/原子力雙模顯微鏡、CSPM5000掃描探針顯微鏡、M2000環塊磨損試驗機、拋光試驗機、電子天平、接觸角測量儀等設備。

課題組的主要研究方向為摩擦學和仿生設計：

（1）摩擦學：① 面向口腔環境下部分流體食品的摩擦特性研究，即開展部分食品的感官屬性（如澀感、順滑感、滑溜感等）與其軟濕界面摩擦特性的關聯性研究，主要涉及到口腔軟材料的制備、感官屬性評定、摩擦工況參數、潤滑模型的數值計算，以及腦電信號的提取和觸發機構的設計等；② 面向食品裝備的食品級潤滑材料制備及其性能表征，主要涉及到材料制備、添加劑、工藝參數、安全性評價和機制分析等；③ 面向食品裝備的微約束空間內潤滑材料遷移行為研究，即開展食品裝備中潤滑材料泄漏的關鍵因素研究，主要涉及到密封元件性能、潤滑材料性能、軟接觸潤滑模型的數值計算及仿真分析等。

（2）仿生設計：① 面向吞咽障礙患者的體內流體食物輸運機制及應用研究，主要涉及圖像處理、運動仿真、結構設計及調試，以及特定工況下粘性流體的滑移特性評定等；② 面向體內軟組織的軟材料制備及性能表征，主要涉及到高分子材料、添加劑、工藝參數、界面改性（親疏水、表面織構、界面結合力等）、力學性能及摩擦性能表征等，以及通過溫度場、磁場等物理場驅動軟材料的變形特性等。

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