Das magische zweidimensionale präferentielle Spreitungsphänomen bietet eine neue Idee für die Entwicklung funktioneller Gewebe

- Aug 17, 2018-

Wenn die Flüssigkeit auf der Oberfläche eines porösen Gewebes diffundiert, treten gleichzeitig Flüssigkeitspermeation und -absorption auf, was die praktische Anwendung des Materials weitgehend einschränkt. Daher ist es eine große Herausforderung, die Flüssigkeit schnell zu verteilen und die Penetration zu reduzieren.

Als traditionelles chinesisches klassisches Gemälde und Kalligraphiepapier, das in der Provinz Anhui in China hergestellt wird, dauert der Vorbereitungsprozess 140 Schritte und der Vorbereitungszyklus dauert zwei Jahre und hat eine Geschichte von mehr als 1.500 Jahren. Aufgrund seiner einzigartigen Tintenbenetzbarkeit wird eine breite Palette von chinesischer Malerei und Kalligraphie seit Jahrtausenden geliebt und verwendet.

Forscher des Instituts für Chemie, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, untersuchten das Phänomen der zweidimensionalen Vorzugsstreuung auf Reispapier. Es wurde gefunden, dass 150 Milliliter Wasser ohne Penetration über die Oberfläche des Reispapiers verteilt werden konnten.

Die wichtigste chemische Komponente von Reispapier ist Cellulose, die hydrophil ist und eine hohe Oberflächenenergie aufweist. Im Gegensatz zu anderem Papier besteht Reispapier aus langen Fasern, die sich während des Trocknens über die Pulpe verflechten und nicht ungeordnet sind. Daher sollten die langen Fasern in Reispapier geschichtet sein, obwohl es keine klare Zwischenschichtgrenze gibt.

Wenn Wasser in Kontakt mit dem Reispapier kommt, wird zuerst das Wasser in das Mikronloch gesaugt und der Ausbreitungsprozess beschleunigt sich plötzlich. Mit der übermäßigen Ansammlung von Flüssigkeit in der Superstruktur nähert sich die Flüssigkeit allmählich der unteren Faser und bildet dann eine flüssige Brücke zwischen den oberen und unteren Reispapierfasern. Sobald die Flüssigkeitsbrücke gebildet ist, dehnt sich die Flüssigkeit schnell auf der nächsten Schicht der Faseroberfläche aus, verbraucht viel Flüssigkeit und die Flüssigkeitsbrücke wird allmählich schwächer oder bricht sogar. Daher war die seitliche zweidimensionale Ausbreitung der Flüssigkeit auf der Oberfläche von Reispapier vorherrschend, während die Längsdurchdringung blockiert war. Die einzigartige Ausbreitungsleistung von Reispapier wird hauptsächlich seiner einzigartigen lamellaren mikro / nanoporösen Verbundstruktur und chemischen Zusammensetzung zugeschrieben. Inspiriert von chinesischem Reispapier haben die Forscher Zelluloseacetat-Membranen hergestellt, die der Struktur von Reispapier durch elektrostatisches Spinnen ähneln. Nach der Hydrolyse wurde Cellulosepapier ähnlich der Oberfläche von Reispapier erhalten. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß das Nanozellulosepapier die rasche Ausbreitung ohne Permeation von 175 l Wasser erreichen kann und eine bessere Ausbreitungsleistung als Reispapier hat.

Die Arbeit, die online in Advanced Functional Materials veröffentlicht wurde, liefert eine Inspiration für das Design von anisotropen Benetzungsgeweben, indem das Phänomen der 2-d-Vorzugsverbreitung von Reispapier untersucht und simuliert wird.