摘要：河水与海水之间存在的渗透能是一种新型、可持续的能源,并引起了人们的广泛关注.其中,通过反向电渗析技术,纳流体膜能够从盐度梯度中捕获这种能量.然而,目前的膜材料存在一些不足,例如膜阻过高、稳定性差以及电荷密度低等,这在很大程度上限制了它们的进一步应用.在这项研究中,我们设计了一种高性能的纳米复合膜,该膜采用纤维素为主体并与氧化石墨烯复合,具有类似“水泥-鹅卵石”结构的稳定骨架,有利于增强离子跨膜传输.在人工河水和海水环境中,复合膜的输出功率密度可达5.26 W m^(−2).此外,该膜在质子梯度条件下的功率密度超过67 W m^(−2),且具有良好的耐酸性能,可长期使用.复合膜应用的多样性得益于机械强度高的纤维素与氧化石墨烯纳米结构间的结合作用.在这项工作中,我们展示了利用化学势梯度提取能量并且实现工业废水处理的前景.

摘要：近年来,智能超浸润多孔材料受到了广泛关注.该材料的孔径和表面浸润性是决定其功能的关键因素.然而,目前已报道的材料多数仅采用单一的调控手段,从而大大限制了材料的可控性、功能和应用.我们将聚吡咯通过电沉积的方式修饰在形状记忆海绵的表面上,可以实现表面浸润性从超亲水到超疏水、孔径从895μm到28 nm的切换.通过协同调控表面浸润性和孔径大小,可以实现对水渗透的开关控制以及流速的精确控制.同时,该材料还可以应用于智能分子释放实现精确可控的多重释放方式.本文报道的表面浸润性和孔径均可调的超浸润多孔材料,为超浸润多孔材料的设计提供了一种新思路.

摘要：近年来,具有超亲水到超疏水转变的智能可控浸润性表面引起了人们的广泛关注.由于大多数报道仅采用单一的调控手段,即单一表面化学调控或单一的微结构调控,表面浸润性的智能、精细调控目前仍然很难实现.本文中,我们将pH响应的分子聚2-(二异丙基氨基)甲基丙烯酸乙酯(PDPAEMA)修饰到温度响应的形状记忆聚合物(SMP)阵列表面,获得了一种可实现表面化学和微结构协同调控的双刺激响应材料.其中PDPAEMA(pH刺激)和SMP(温度刺激)分别保证了表面化学和微结构的可调节性,通过调节pH和温度,可使表面化学和表面微结构协同作用,从而在所得表面上实现超亲水到超疏水范围的智能可逆转变,转变精度小于15°.另外,利用其优异的浸润性可控特性,所得表面可用于制备梯度浸润性控制平台.本文所制备表面在自适应液体微透镜、精确药物释放、选择性催化等领域具有良好的应用前景,同时也为设计和开发新型智能浸润性提供了参考.

摘要：组织植入材料相关感染是临床治疗的一大顽疾,基于抗菌离子释放系统的抗菌植入材料是经济高效的抗生素治疗替代手段.但过量释放的抗菌离子在杀灭细菌的同时也可能引起生物毒性.因此,如何提高释放离子的抗菌效率是急需解决的根本问题.本研究设计了一种负载低剂量抗菌离子的铁电植入材料,该植入材料表面电势可在不改变自身成份的前提下通过外源电场极化进行调控.研究发现上述铁电植入材料释放的抗菌离子将在植入材料自身与带电细菌之间形成的内源性电场作用下定向输运到达细菌.研究结果表明在12 h内,高表面电势植入材料向细菌输运的离子量达到低表面电势植入材料输运量的2.4倍,从而使抗菌效率从65%提高到100%,并展现出较低的细胞毒性.本研究表明植入材料与生命体间的内源性电场在介导物质传输中发挥重要作用,为设计高性能抗菌生物材料提供了一个新的视角.