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神奇的二维优先铺展现象 为功能性织物开发提供新思路

时间:2018-8-17 16:55:00   来源:中国面料网   添加人:admin

  当液体在多孔织物表面扩散时,液体渗透吸收也在同时发生,这种现象在很大程度上限制了材料的实际应用。因此,如何能够使液体快速铺展并减少渗透是一个巨大的挑战。

  宣纸是中国传统的古典书画用纸,产于我国安徽省,制备过程需要140步,制备周期长达两年,迄今已有1500余年历史。宣纸由于其独特的油墨润湿性能,广泛受到了中国书画大家的喜爱并且沿用了千年。

  中国科学院化学研究所的研究员对宣纸的平面二维优先铺展现象进行了研究,他们发现水会在宣纸上快速横向铺展,却很少会渗透到纸的背面。经过试验发现,150μL的水能在宣纸表面铺展而无任何渗透。

  液体在宣纸上的二维优先铺展现象

  宣纸的主要化学成分是纤维素,它们亲水性好,具有较高的表面能。与其他的纸张不同的是,宣纸是由长纤维组成,这些长纤维在纸浆干燥过程中横向交织,而并非无序排列。因此,宣纸中的长纤维应该是层层排列的,尽管没有明确的层间边界。

  当水与宣纸接触时,首先水会被吸入微米孔内,铺展过程突然加速,接着,未浸润的纳米纤维孔开始吸收液体,造成液体铺展的再次加速。随着上层结构中液体的过度积累,液体逐渐靠近下层纤维,然后在上下层宣纸纤维之间形成液桥。液桥一旦形成,液体便会在下一层纤维表面迅速扩展,消耗大量液体,液桥逐渐变弱甚至断裂。因此,液体在宣纸表面的横向二维铺展占优势,纵向渗透则被阻断。

  二维优先铺展机理

  宣纸独特的铺展性能主要归功于其独特的层状微/纳米孔复合结构和化学成分。在中国宣纸的启发下,研究人员用静电纺丝法制备了类似于宣纸结构的醋酸纤维素膜,经过水解过程,获得与宣纸表面微纳米结构及化学组成相似的纤维素纸张。实验结果表明,该纳米纤维素纸张能够实现175μL水的快速铺展而无渗透,比宣纸具有更好的铺展性能。

  相关文章在线发表在Advanced Functional Materials上,这项工作通过对宣纸二维优先铺展的现象进行研究和模拟,可以为设计各向异性润湿织物的应用提供灵感,例如研究开发新型防渗透服装材料等。