界面张定仪

北京东方德菲仪器有限公司SVT20N视频旋转滴张力仪使用 &ldquo 旋转滴方法研究界面扩张流变性质&rdquo 的文章 在物理化学学报上发表 我公司代理的德国Dataphysics公司生产的SVT20N视频旋转滴张力仪是使用旋转滴方法研究界面扩张流变性质的仪器，相对于普遍应用的Langmuir槽法和悬挂滴方法，它增加了转速振荡的功能，可以更精确地测量超低界面张力体系的扩张流变性质。 中国科学院理化技术研究所利用我公司SVT20N视频旋转滴张力仪，采用旋转滴方法，研究2-丙基-4,5-二庚烷基苯磺酸钠(DHPBS)在癸烷-水界面上的扩张流变性质的文章在物理化学学报上发表。有关文章的信息如下： 旋转滴方法研究界面扩张流变性质 张磊1 宫清涛1 周朝辉1 王武宁2 张路1 赵濉1 余稼镛1 （1中国科学院理化技术研究所，北京 100080；2 北京东方德菲仪器有限公司，北京 100089） 摘要：采用旋转滴方法，对2-丙基-4,5-二庚烷基苯磺酸钠(DHPBS)在癸烷-水界面上的扩张流变性质进行了研究，较为详细地介绍了SVT20N视频旋转滴张力仪的装置和实验方法，考察了油滴注入体积、基础转速及振荡振幅等试验条件对扩张模量的影响。研究结果表明，旋转滴方法是一种研究扩张流变性质的新型手段，在涉及低界面张力现象的领域具有良好的应用前景. 关键词：旋转滴方法； 烷基苯磺酸盐； 界面扩张性质； 扩张模量 Study of Interfacial Dilational Properties by the Spinning Drop Technique ZHANG Lei1 GONG Qing-Tao1 ZHOU Zhao-Hui1 WANG Wu-Ning2 ZHANG Lu1 ZHAO Sui1 YU Jia-Yong1 (1 Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Science, Beijing 100080, p.R.China 2 Beijing Eastern-Dataphy Instruments Co.,Ltd.,Beijing 100089, p.R.China) Abstract: The dilational viscoelastic properties of 4,5-dihepty-2-propylbenzene sulfonate (DHPBS) at the decane/water interface were investigated with a spinning drop tensiometer. The instrument of the spinning drop tensiometer SVT20N and the corrrlative experimental method were discussed in detail. The influence of oil drop volume, rotational speed, and oscillating amplitude on the interfacial dilational modulus were expounded. Experimental results show that spinning drop analysis is a novel method for probing interfacial dilational properties and has good prospects for application in the measurement of low interfacial tension phenomena. Key word: Spinning drop analysis Sodium alkyl benzene sulfonate Interfacial dilational property Dilational modilus

四川大学傅强教授和吴凯副研究员报道了一种基于聚合物分子结构和填料表面设计的新型软物质热界面材料。研究团队通过力化学作用将液态金属(LM)包裹在球形氧化铝(Al2O3)表面形成核壳结构的填料，并将其嵌入具有动态粘附性的弹性体（PUPDM）中制备了三元复合材料。巧妙的PUPDM分子设计使得材料与各种热源/冷槽之间形成动态可逆的氢键相互作用，实现了零压状态下的低接触热阻和耐多次热循环的长期稳定性。而液态金属改性填料不仅可以作为导热桥梁，同时有利于聚合物链段在室温下的松弛，平衡了传统功能复合材料中导热性能与表面黏附可逆性的矛盾。这种在导热界面材料上构筑动态可逆键的概念在新型热管理材料和技术领域有广阔的应用前景。相关成果以“A Thermal Conductive Interface Material with Tremendous and Reversible Surface Adhesion Promises Durable Cross-Interface Heat Conduction”为题发表于《Materials Horizons》期刊（Mater. Horiz., 2022, DOI: 10.1039/D2MH00276K）。图1 具有可逆粘附能力的高导热/电绝缘/柔性软材料的分子设计和复合结构示意图随着现代电子设备朝着高度集成化和小型化发展，器件内部指数式增长的热严重影响到电子设备的工作性能、可靠性和使用寿命。因此，导热材料和先进的热管理技术引起广泛的关注。典型的热界面材料已经被大量应用去促进电子设备内部的界面热传导，并且评价其热管理效率的有两个重要的指标：材料本身的热导率和材料与接触基板的接触热阻。近年来，大量的研究人员致力于开发高导热的材料，然而随着电子设备尺寸的日益减小，解决接触热阻的问题变得同样重要。现有的一些降低接触热阻的方法有制备具备触变性和顺应性的材料或者施加外界应用压力。这些方法的目的都是增加接触界面的实际接触面积去实现更好的界面几何匹配。一些微纳尺度界面热传导的研究也表明界面相互作用有助于提高界面热导率，但在宏观热界面领域还缺乏系统的研究。更值得关注的是，由于热界面材料与接触基板的热膨胀系数不匹配，因此在经历长期热循环后，界面几何失配或者界面脱粘仍然会发生，阻碍着热管理的长期稳定性。图2 复合材料的导热和可逆粘附能力展示 为了解决上述问题，本工作采用的策略主要分为三个步骤：１）制备出具有可逆黏附能力的柔性弹性基体，提高热界面材料与基板的相互作用，并通过动态界面热管理实现跨界面热传导的长期稳定性。２）加工得到具有优异导热性能并且不影响柔性基体动态键的可逆性和活动性的导热填料。3）复合加工得到所需复合材料。基于独特结构的LM/Al2O3二元核壳填料结构设计, 结合具有动态可逆粘附弹性基体的合成，该工作中得到的复合材料完美地平衡了导热、柔性和粘附力的可逆性之间的矛盾。随着LM/Al2O3二元填料的加入，聚合物复合材料表现出出色的热导率（6.23 Wm-1K-1)，允许材料内部的各向同性的热传导。同时，受益于二元填料的独特结构，绝缘的LM/Al2O3能有效地隔绝液态金属之间的电渗透网络，保证了复合材料的电绝缘性。此外，由于合成的PUPDM基体展现出超高的适用于多种基板的可逆粘附力（4.48 MPa, Al板，80℃），以及LM在基体和刚性填料的界面处为聚合物分子链链段的运动提供更多的自由度，有利于动态氢键的可逆解离与缔合，因此所得到的PUPDM/LM/Al2O3复合材料同样表现出出色的可逆黏附力（1.50 MPa, Al板，80℃），可以承担起一个10.66 kg的水桶。图3 PUPDM/LM/Al2O3复合材料的界面热管理展示 复合材料与基板之间出色的氢键结合作用实现了零压状态下的低接触热阻（18.28 mm2K W-1）。此外，这种动态可逆的氢键作用保证接触界面拥有良好的长期稳定性，即使复合材料与铝板的热膨胀系数不匹配，但是经过7500次热循环，接触热阻仍然没有明显上升。这种在高导热热界面材料上构筑动态可逆的界面相互作用的概念在微电子冷却技术、热电装置、大功率可穿戴设备等先进电子设备中具有广阔的应用前景。

北京航空航天大学陈华伟教授课题组近期在《Advanced Science》发布最新研究成果“Micro–Nano Hierarchical Structure EnhancedStrong Wet Friction Surface Inspired by Tree Frogs”，其研究工作中涉及的高精密微尺度3D打印技术由深圳摩方材料科技有限公司提供，因此摩方公司就这一创新型成果进行更进一步的访谈，访谈对象为北京航空航天大学陈华伟教授，内容如下：Q1、请问你们课题组主要在做哪方面的科研工作？对高精密3D打印的需求有哪些？陈华伟教授：我们实验室来自北京航空航天大学机械工程及自动化学院，长期从事微纳表界面科学、医工交叉等方面的研究工作。随着现阶段微纳技术和生物科学的快速推进，对功能表面的制备提出了更高的要求，包括材质的多样化、多材质的复合加工、微纳结构的高精度化、多级复杂结构，以及大面积快速制备成型等。3D打印技术作为一种高精度结构成型技术，相比于半导体微纳制备工艺在材料多样性和复杂结构制备上有着更多的选择。AQ2、能概述一下近期发布在《AdvancedScience》的仿生相关研究所取得的突破和进展吗？（开发过程、应用情况、行业影响等）陈华伟教授：长久以来，树蛙脚掌的强湿摩擦特性获得了大量研究者的关注。与壁虎脚掌通过刚毛的范德华力产生粘附摩擦相比，树蛙脚掌受到环境液体或自分泌粘液影响而无法形成范德华力，揭示其界面的强湿粘附机制，对探索微纳流体和界面固-液微纳耦合作用有着重大意义，也为精准医疗器械和可穿戴传感等新兴领域的界面接触研究提供了基础。树蛙常见的湿摩擦解释为，其脚掌在外压力作用下，通过表面沟槽挤排出界面液体，提高固-固接触，增大摩擦，与车轮表面的纹路作用类似，但该原理与树蛙脚掌无外力作用下的强摩擦相矛盾。另一种解释是树蛙脚掌分泌出粘性粘液，能够将脚掌和基底粘合在一起，但通过测量脚掌粘液的粘度，发现其与纯水几乎无差异。树蛙脚掌强湿摩擦之所以难以得到合理的解释，主要原因在于粘液膜处于固-固界面之间，难以直接被观察表征，其尺度又处于微纳米级别，进一步加剧了表征难度。本实验室与清华大学雒院士团队合作，通过薄膜干涉原理，建立了界面纳米液膜原位表征方法，通过实时动态观测薄膜干涉条纹运动，观察到了纳米尺度的界面液膜变化和液膜毛细力对棱柱的变形作用。经过估算，在棱柱和液膜间的固-液相互作用下，棱柱界面可以产生低于200 nm厚度的液膜，可形成7倍大气压吸附力使棱柱紧紧贴合基底表面。这就可说明树蛙脚垫即使在没有外压力作用下，仍能够产生极强湿摩擦。进一步在江雷院士的指导下，揭示了微纳特征结构对界面液膜的调控规律，建立了纳米液膜增强机制。张力文博士为本文第一作者。本研究通过揭示树蛙脚掌利用其微纳多级结构形成的独特界面液膜调控作用，发展出液膜自碎化增效和凹坑自吸附增强效应，通过在界面间形成的纳米液膜的强毛细吸附作用，达到了无外压力下产生强湿边界摩擦的效果。为湿粘附增强提供了一种新的方案，为实现精准医疗、可穿戴传感等领域的接触增强提供了新思路和新方法。AQ3、请问，在该研究过程中，深圳摩方公司的高精密微尺度3D打印技术发挥了什么样的作用？其带来的效果或影响如何？陈华伟教授：传统三维加工工艺，如SU-8光刻或者半导体硅工艺等，适合加工投影类的三维结构，进一步复杂的三维结构也必须限制于能够通过多次投影形状复合，而对球、梯台等非投影类三维结构，则难以通过以上方式制备，限制了微纳理论的推进和仿生科学的研究。3D打印作为一种Bottom-up的制造工艺，不受结构本身形状特征限制，能够有效的解决球、梯台等非投影类三维结构的制备问题。本项研究为了验证粗糙对界面液膜影响，需要将粗糙基底表面放大、简化成微米尺度的密排凸包阵列，3D打印制备方法为此提供了一种有效快速的解决途径。相比于普通3D打印的低精度，BMF提供了2 μm精度的3D打印技术，能够为本实验提供更小尺度、更高精度的实验样品，从而更准确的验证了研究理论的正确性。A论文信息：Micro–Nano Hierarchical Structure Enhanced Strong WetFriction SurfaceInspired by Tree FrogsLiwen Zhang, Huawei Chen*,Yurun Guo, Yan Wang, Yonggang Jiang, Deyuan Zhang, Liran Ma,Jianbin Luo, LeiJiang论文链接：http://dx.doi.org/10.1002/advs.202001125北京航空航天大学陈华伟教授课题组课题组来自北京航空航天大学机械工程及自动化学院，长期从事微纳表界面科学、医工交叉等方面的研究工作，师法自然，从自然中汲取创新灵感，在揭示生/机界面效应规律中首次发现了超湿滑、强湿摩擦及微纳界面流体新现象与新机制，提出了生/机界面创新设计新方法，研制出仿生医疗器械及表面功能化制造设备，成功应用精准医疗器械防粘防滑，发表了国内机械工程学科首篇 Nature；在植/介入、可穿戴传感技术领域，提出了微纳结构仿生增效设计方法，研制出基于微结构信号增强的柔性生物信号传感器。实验室承担30余项科研项目，包括国家自然科学基金重大、重点项目、国家重点研发计划等，获得国家自然科学基金杰出青年基金、“万人计划”创新领军人才和日本 JSPS学者支持。发表研究论文 80 余篇，其中近五年发表 SCI 论文 30 篇包括Nature、Nature Materials、Advanced Materials 等，获批专利 20 项，合著专著 4 部。深圳摩方材料科技有限公司(BMF Material Technology Inc.)专注于高精密微尺度3D打印领域，是全球微尺度3D打印技术及精密加工能力解决方案提供商。目前，摩方拥有全球领先的超高打印精度（2μm/10μm/25μm），高精密的加工公差控制能力（±10μm/ ±25μm/±50μm），配置韧性树脂、硬性树脂、耐高温树脂、生物树脂等打印材料，提供制造复杂三维微纳结构技术解决方案，同时，可结合不同材料和工艺，实现终端产品高效、低成本批量化生产及销售。