浸潤性是材料的重要屬性之一,根據(jù)材料表面對(duì)水的極端潤濕性的不同,大體可以分為超親水和超疏水材料。自然界中很多生物體表皮都具有極端的潤濕性。例如,“出淤泥而不染”的荷葉表面具有優(yōu)異的疏水性能,從而可以實(shí)現(xiàn)自我清潔;魚的皮膚具有極強(qiáng)的親水性,因而可以在水下對(duì)油具有很強(qiáng)的排斥作用,從而能夠保證魚不被海洋原油污染而死亡。具有極端潤濕性的材料在自清潔、防腐蝕、海洋防污減阻、污水凈化和有機(jī)溶劑提純等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室仿生摩擦學(xué)課題組近年來從仿生角度出發(fā),構(gòu)筑了多種具有特殊浸潤性的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)界面材料。近期,研究人員將棉花膨脹分散溶解在氯化鋅溶液中,進(jìn)而在其纖維上摻雜了多種硬脂酸鹽,通過簡單的抽濾、壓片干燥,得到了多種彩色超疏水紙。此外,在常見的沙子表面,通過正硅酸乙酯的水解、銀鏡反應(yīng)等,得到了沙子@二氧化硅,沙子@Ag,沙子@Ag@Cu顆粒,利用硅烷水解或硫醇巰基化作用,得到了不同結(jié)構(gòu)的超疏水沙子,并將其成功應(yīng)用于保水、集水和水傳輸?shù)阮I(lǐng)域。
圖1. 彩色超疏水紙以及應(yīng)用于保水和水運(yùn)輸?shù)某杷匙?
一般的超疏水材料存在表面結(jié)構(gòu)易損壞、耐久性差的致命缺陷,為了提高超疏水材料的受用壽命、簡化其制備工藝,該課題組利用有機(jī)粘結(jié)劑(環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂)作為粘結(jié)層,將全氟硅烷修飾的中空二氧化硅微球和硬脂酸修飾的氧化鎂顆粒、花瓣?duì)钛趸\顆粒通過簡單的刮涂、滴涂和噴涂等手段,修飾到不同基底表面,構(gòu)筑了多種超耐磨的超疏水涂層,涂層在抗污、防腐和抗結(jié)冰領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。與此同時(shí),該課題組仿魚皮膚結(jié)構(gòu)性能,將傳統(tǒng)親水的無機(jī)粘結(jié)劑與多種納米顆粒復(fù)合,構(gòu)筑了超耐磨的超親水-水下超疏油涂層,并將其應(yīng)用于含油污水的凈化處理。另外,該課題組通過簡單的電化學(xué)氧化聚合的方法將聚苯胺、聚吡咯包覆到不銹鋼網(wǎng)表面,得到了水下超疏油及油下超疏水界面材料,并將其應(yīng)用于按需油水分離。
圖2. 中空二氧化硅、花瓣?duì)钛趸\顆粒與環(huán)氧樹脂制備的超疏水復(fù)合涂層
圖3. 超耐磨超親水-水下超疏油涂層和聚吡咯包覆的不銹鋼網(wǎng)應(yīng)用于油水分離和乳液分離
相關(guān)研究成果發(fā)表在Chem. Eng. J. 313 (2017) 1152–1159, J. Colloid Interface Sci. 494 (2017) 54–63, J. Colloid Interface Sci. 498 (2017) 182–193, RSC Adv. 7 (2017) 9169-9175,ACS Nano 11 (2017) 1113?1119, J. Mater. Chem. A 5 (2017) 6416–6423, Langmuir 33 (2017) 3702?3710, Chem. Eng. J. 304 (2016) 115–120。
以上工作獲得了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51522510和51675513)、中科院“百人計(jì)劃”以及固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的長期支持。
論文鏈接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894716315765
- 中國科學(xué)院大學(xué)楊晗課題組誠聘博士后、副研究員 - 化學(xué)、高分子、功能材料、納米材料等 2024-10-15
- 國科大楊晗課題組誠聘博士后、副研究員 - 化學(xué)、高分子、功能材料、納米材料等 2024-09-24
- 東華大學(xué)武培怡教授團(tuán)隊(duì) AFM:液滴塑造的分層結(jié)構(gòu)化仿生纖維 2023-11-23
- 西工大顧軍渭/阮坤鵬團(tuán)隊(duì) Angew:本征高導(dǎo)熱液晶聚二甲基硅氧烷熱界面材料 2025-01-22
- 中科院深圳先進(jìn)院杜學(xué)敏團(tuán)隊(duì) Matter:活性界面材料精準(zhǔn)調(diào)控外泌體分泌促血管神經(jīng)協(xié)同修復(fù) 2024-11-22
- 福建物構(gòu)所林悅團(tuán)隊(duì) AFM:單分子層界面軟化技術(shù)助力高填充量熱界面材料實(shí)現(xiàn)低熱阻 2024-04-15
- 南京大學(xué)王偉教授、王暉副教授團(tuán)隊(duì) Nano Lett.:光解耦單聚苯胺納米實(shí)體的電致變色動(dòng)力學(xué)及原位形態(tài)演化 2025-01-16