福建農(nóng)林大學(xué)龐杰/邱仁輝/吳淑一 ACS AMI：微量生物質(zhì)高分子改善噴灑性能的高分子動(dòng)態(tài)耗能機(jī)制
2023-06-09 來源：高分子科技
液體噴灑的操作將液體分散成小液滴，并將液滴傳遞到目標(biāo)表面。該操作廣泛應(yīng)用于噴灑植物營養(yǎng)液、保鮮劑、殺蟲劑、消毒劑等。然而，僅有約25-50%的噴灑液體可以沉積在目標(biāo)表面，其余液體以空氣中霧滴漂移或目標(biāo)表面上的液滴滾落等形式被浪費(fèi)，也導(dǎo)致了環(huán)境污染。在噴灑液中加入高分子助劑可提高噴灑效率，然而，當(dāng)前高分子助劑主要是石油基高分子，并且高分子本身復(fù)雜的動(dòng)態(tài)行為對噴灑全過程液體動(dòng)態(tài)行為的調(diào)控機(jī)制尚不清晰。
研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了適合于模擬介觀體系（10 μm）長時(shí)間（10 ms）的流體中高分子動(dòng)力學(xué)行為的布朗動(dòng)力學(xué)與計(jì)算流體力學(xué)耦合的數(shù)值方法（BD-CFD），對液滴碰撞過程中剪切流主導(dǎo)的流場和液滴破碎過程中拉伸流主導(dǎo)的流場中，單根KGM高分子的動(dòng)態(tài)行為和能量耗散進(jìn)行模擬分析，證明KGM高分子拉伸和松弛過程中能量的儲(chǔ)存和耗散是溶液粘度增加、噴灑效率提升的重要的分子機(jī)制。進(jìn)一步通過數(shù)值方法研究了不同分子長度對能量儲(chǔ)存密度的影響。結(jié)果顯示在一定的流場中，合適長度的分子有利于被充分拉伸，從而具有更高的能量儲(chǔ)存密度。過短的高分子難以響應(yīng)流場速度梯度導(dǎo)致的曳力，過長的高分子難以在液滴快速動(dòng)態(tài)變化時(shí)間內(nèi)被充分拉伸。不同于前期雙親性高分子鏈的表面釘扎等機(jī)制，本項(xiàng)工作提出的高分子能量存儲(chǔ)耗散機(jī)制從能量的角度揭示了高分子自身動(dòng)態(tài)行為對液體行為的影響，有望指導(dǎo)探索更多綠色、低碳、可再生的生物質(zhì)高分子在噴灑助劑領(lǐng)域的應(yīng)用。
- KGM抑制空氣中液膜破碎，促進(jìn)大液滴的形成，抑制噴灑液以小液滴形式在空氣中飄散損耗。
- KGM抑制液滴在超疏水表面的破碎，提高主液滴體積。
-
KGM提高液滴在親水表面的穩(wěn)定鋪展面積
-
KGM溶液物化性能表征
- 液滴碰撞過程中剪切流主導(dǎo)的流場和液滴破碎過程中拉伸流主導(dǎo)的流場中，單根KGM高分子的動(dòng)態(tài)行為模擬
- KGM分子量、高分子初始構(gòu)象等參數(shù)對高分子能量存儲(chǔ)的影響
該研究成果以“Adding Konjac Glucomannan for Enhancing the Whole Spraying Performance on Superhydrophobic and Hydrophilic Surfaces”為題發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。福建農(nóng)林大學(xué)碩士生劉婧雯與張艷婷為共同第一作者，福建農(nóng)林大學(xué)龐杰研究員、邱仁輝教授、吳淑一副教授為共同通訊作者。該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國博士后基金、福建省自然科學(xué)基金、福建農(nóng)林大學(xué)杰出青年基金等項(xiàng)目的支持。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c00127
版權(quán)與免責(zé)聲明：中國聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章。刊物或媒體如需轉(zhuǎn)載，請聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。
（責(zé)任編輯：xu）
相關(guān)新聞
- 蘇州大學(xué)李剛教授、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院Wai Cheong Tam博士 IJBM：牙周組織生物大分子研究進(jìn)展 2025-05-22
- 蘇大李剛、余嘉/港理大趙澤宇 Int. J. Biol. Macromol.：傷口修復(fù)生物大分子材料的研究進(jìn)展 2024-04-03
- 復(fù)旦大學(xué)生物大分子課題組 ACS Macro Lett.：再生絲素蛋白“液-液”相分離溶液的剪切固化機(jī)制 2023-08-17
- 南科大陳忠仁教授團(tuán)隊(duì)《Acc. Mater. Res.》: 解纏高分子鏈 - 從尺寸和拓?fù)涞郊庸づc回收 2025-04-03
- 寧波大學(xué)徐玉賜教授課題組 Macromolecules: 高分子雙鏈融合的歷史過程 2025-03-22
- 南京大學(xué)胡文兵教授教學(xué)論文介紹如何理解高分子鏈結(jié)構(gòu) … 2024-04-09
- 西工大曹頤戩/董文強(qiáng)團(tuán)隊(duì)、佛羅倫薩大學(xué)Baglioni團(tuán)隊(duì) ACIS綜述：建筑材料和石質(zhì)遺產(chǎn)長效保護(hù)超疏水表面-挑戰(zhàn)、機(jī)遇和前景 2025-01-06
