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新书访谈 | 郭志光研究员谈仿生油水分离工程材料

已有 4042 次阅读 2020-11-9 09:23 |系统分类:人物纪事

“新书访谈”致力于邀请各学科的作者为读者介绍最新出版的新书以及他们所在研究领域的工作。本期,我们很荣幸地邀请到郭志光研究员来介绍由他与刘维民院士及其团队撰写的新书《仿生油水分离工程材料》,以及仿生油水分离工程材料研究过程。


01

作者介绍

About the Author


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郭志光, 研究员


兰州化学物理研究所

固体润滑国家重点实验室



郭志光湖北黄冈人,中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室研究员、博士生导师



02

关于本书

About the Book




《仿生油水分离工程材料》由郭志光和刘维民研究员撰写,该书以作者及团队十五年的研究积淀为基础,结合固体润滑国家重点实验特色研究方向和国际前沿的研究趋势分析来优化章节体系内容。首先,对油水混合物体系特征进行了概述,归纳了仿生油水分离材料的基本研究思路及方法;即从自然界生物获取灵感,阐述了一系列具有特殊润湿性的生物表面,为后续构筑油水分离工程材料提供灵感和思路。继而对固体浸润性的基本理论进行梳理,列举了一系列自然界可用于油水分离的超润湿材料。针对分离形式的多样性,论述了过滤型油水分离材料和吸收型油水分离材料。更进一步,讨论了在不同的外部刺激工况条件下,构筑的响应性油水分离材料。最后,对整个仿生油水分离工程材料进行了归纳总结,并且提出了未来整个领域的发展趋势。



03

作者专访

Interview

Q

在您的著作《仿生油水分离工程材料》中,仿生的作用及与油水分离的关系是什么?

自然生物经过自然选择和亿万年的进化优化逐渐形成了具有优异功能的表面结构,呈现出优异的环境适应性。生物表面结构功能化的机械仿生研究是机械工程学科与材料、生命、化学等学科紧密结合形成的前沿交叉研究。围绕着自然生物表面微观结构和性能及其仿生材料的优异润湿性能,可为机械工程油水分离领域的工程难题解决提供重要的思想灵感源泉和方法技术参考。





Q

为什么选择了油水分离技术作为您团队的研究领域?

我们团队一直有一种导向,国家需要什么我们就做什么。可靠的润滑往往是机械装备设计、制造、服役的首要考虑问题和先决条件。但是润滑油在生产、存储、运输或使用过程中极易混入微量水分,引发润滑油变质,致使摩擦副表面吸附油膜所发生的摩擦化学反应发生本质改变,导致润滑失效和机器设备故障。分析润滑油中含有微量水分的危害,影响润滑油极压添加剂功效的发挥;造成腐蚀磨损;降低润滑能力。因此如何高效去除润滑油中的微量水分成为现实工业生产中亟待解决的重要问题之一。这也是我们立志做好油水分离的不竭动力。





Q

能否用最简单最易懂的一句话,谈下我国油水分离材料面临的最大难题是什么?

油水分离材料面临的最大难题是力学性能不佳、耐候性差、易污染、重复循环使用性能难以达到工业化要求。





Q

相对于以往油水分离技术方面的专著,您这本书的新颖性和重要性主要体现在哪些方面?

《仿生油水分离工程材料》这本书发展了一系列创新性的、适合工程化的表面微纳米结构改性方法,针对表面对油和水截然相反的极端润湿特性,采用选择性过滤和吸附的方式实现了高效的水油分离,研究了分离材料的表面形貌、润湿特性与分离效率和通量的影响机制,实现了从单一组分油水分离拓展到可控多元选择性的分离,这些方面内容对油/水体系按需分离和性能调控提供了重要的指导意义。





Q

能否请您和广大研究生导师,青年科研工作者分享一些科研工作中的感悟?

我的科研感悟总结如下:作为科研之个体,要保持好奇、热爱之心;作为生命之个体,要保持平等、敬畏之心;作为社会之个体,要保持谦卑、向上之心。






*感谢郭志光研究员及其团队提供以上访谈内容。




本书目录


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目录

前言
第1章 绪论 1
1.1 油水体系概述 3
1.1.1 层状油水混合体系 3
1.1.2 乳液分散体系 4
1.1.3 层状油水及乳液分离评价体系 5
1.2 仿生油水分离材料的基本研究思路及方法 7
1.2.1 对自然表界面超润湿现象的研究 7
1.2.2 仿生设计和制备超润湿界面实现油水分离 8
1.2.3 分离材料优化设计和性能调控 9
1.2.4 构建油水分离理论模型 9
1.3 仿生油水分离工程材料的应用现状及前景 10
参考文献 11
第2章 自然界的超润湿现象 16
2.1 超疏水表面 16
2.1.1 荷叶效应及自清洁性能 16
2.1.2 槐叶萍效应及水下集气功能 21
2.1.3 玫瑰花效应及高黏附性能 23
2.1.4 蝴蝶和结构色表面 27
2.1.5 昆虫和减反射性能 30
2.2 亲水表面 33
2.2.1 猪笼草及超滑表面 33
2.2.2 仙人掌及集水表面 37
2.2.3 蜘蛛丝 39
2.2.4 火龙果叶片 40
2.3 水下超疏油及抗污表面 41
2.3.1 鱼鳞 41
2.3.2 鲨鱼皮 42
2.3.3 蜗牛壳 43
2.3.4 蛤壳 43
2.3.5 珍珠层 44
2.3.6 虾壳 45
2.4 超双疏表面 47
2.4.1 叶蝉和枯草芽孢杆菌生物膜 47
2.4.2 弹尾虫 48
2.5 多重润湿性 49
2.5.1 沙漠甲虫——亲疏水相间结构用于集水 49
2.5.2 人面竹——双重润湿性 50
2.5.3 水稻叶——各向异性润湿性 52
2.5.4 苎麻叶——不对称润湿性 53
2.5.5 含羞草及其他——响应性润湿性 55
参考文献 58
第3章 固体浸润性的基本理论 70
3.1 表面润湿基本理论 70
3.1.1 表面张力 70
3.1.2 接触角与杨氏方程 71
3.1.3 Wenzel状态 73
3.1.4 Cassie状态模型和复合模型 75
3.1.5 改进后的模型 76
3.1.6 Wenzel和CB状态的通用模型 79
3.1.7 接触角滞后 81
3.1.8 Wenzel到CB和CB到Wenzel两种状态的转变 83
3.2 仿生油水分离基本理论 86
3.2.1 基本概念 86
3.2.2 几何模型分析 87
3.2.3 毛细力学 95
参考文献 101
第4章 自然界超润湿表面用于油水分离 110
4.1 沙子 111
4.2 木材 118
4.3 棉花类 123
4.4 坚果类 130
4.5 贝类 134
4.6 岩土类(硅藻土和火山岩)140
4.7 羟基磷灰石 148
4.8 山药 157
4.9 鸡蛋壳 161
参考文献 164
第5章 过滤型油水分离 194
5.1 过滤型油水分离机理探究 194
5.1.1 轻油/水混合体系 194
5.1.2 重油/水混合体系 195
5.1.3 油包水乳液体系 195
5.1.4 水包油乳液体系 196
5.1.5 按需分离体系 196
5.2 过滤型油水分离膜 197
5.2.1 聚合物过滤膜 197
5.2.2 金属网状膜 208
5.2.3 陶瓷膜 210
5.2.4 基于碳纳米管的复合膜 211
5.3 过滤型油水分离材料 214
5.3.1 聚合物基分离膜 214
5.3.2 金属基过滤网 220
5.3.3 陶瓷基分离材料 238
5.3.4 油水分离织物 240
5.3.5 油水分离纤维纸片 258
参考文献 266
第6章 吸收型油水分离 287
6.1 吸附型颗粒材料 290
6.2 聚合物海绵及泡沫 296
6.3 吸收型纸与织物 314
6.4 其他材料 323
参考文献 328
第7章 响应性油水分离 358
7.1 pH响应性油水分离 358
7.1.1 pH对材料表面化学性质的影响 359
7.1.2 pH对材料表面微纳结构的影响 367
7.2 极性/非极性响应性按需油水分离 372
7.3 电响应性油水分离 378
7.4 力学响应性油水分离 382
7.5 磁性响应性油水分离 385
7.6 热响应性油水分离 392
7.7 光响应性油水分离 395
7.8 溶剂响应性油水分离 400
7.9 离子响应性油水分离 402
7.10 其他响应性油水分离 403
7.11 双响应和多响应表面 405
参考文献 408
第8章 结论与展望 424




本期编辑丨王芳


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