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天津大学《Matter》:简单,普适!“万金油型”功能化超疏水表面制备策略

2019年06月10日 点击:

你是否发现,许多植物长在污泥里,但是叶子却保持着清洁状态,一个典型的例子便是“出淤泥而不染”的荷叶。研究者们常称这种自清洁的现象为“荷叶效应”。这种效应在生产生活中得到了广泛的应用,其在军事上的应用潜力也逐渐凸显。

通常,构建超疏水表面有两种方法,一为在疏水材料表面构筑微纳结构,二为将低表面能的物质接在微纳表面上。可知,限制其发展的两个重要的因素是,需在疏水材料上构筑微纳结构;微纳结构易被外力破坏,导致超疏水性丧失。所以如何利用简单的方法制备具有耐久性的超疏水材料,成为研究的热点。在此基础上,赋予超疏水材料更多的功能,将会大大拓宽其应用领域。

基于此,近日,天津大学曹墨源副研究员团队联合中国科学院理化技术研究所江雷院士团队吴雨辰研究员在Cell出版社新刊《Matter》上发表题为“Surface-Embedding of Functional Micro-/Nanoparticlesfor Achieving Versatile Superhydrophobic Interfaces”的论文。论文着重介绍了一种“万金油型”超疏水表面制备方法——“胶水+粉末”法,同时,通过选择不同的“粉末”,可以赋予超疏水表面许多新颖、有趣的功能,如导电、高/低粘附、pH响应、荧光夜光、可磁控等。

图1.“胶水+粉末”策略用于制备功能化超疏水表面

研究者将稀释的PDMS前驱体溶液滴涂在玻璃片上,待大部分溶剂挥发干后,均匀的洒落“粉末”,然后烘干即得到带有“粉末”特定功能化的超疏水表面。该方法无需对“粉末”进行改性;自由选择“粉末”可以赋予材料不同的功能,简单方便,可望实现大规模工业化应用;同时利用干粉避免使用过多有机溶剂,绿色环保,适合生产。

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图2 .具有超疏水性能的材料的制备方法

图2展示了“胶水+粉末”制备超疏水材料的原理,首先是PDMS前驱体的胶水,很好的“粘”住粉末颗粒,再者,PDMS前驱体溶液在毛细力作用下,主动地覆盖粉末表面。研究者后续对PDMS前驱体浓度进行了筛选,得到了合适的浓度,使表面不至于被前驱体溶液覆盖进而保留微纳结构;同时粉末表面被PDMS覆盖,形成均匀的低能量表面。两者的协同作用,赋予了材料表面超疏水的性质,而粉末的性质则赋予材料其他不同的功能。

表1.不同微/纳米粒子预处理超疏水表面的性能

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该论文向我们展示了一种简单方便的制备超疏水表面的方法,容易实现且具有普适性,原料成本低廉,不但为后续研究开辟了一条新路,同时也为实际的工业生产提供了可能性。

全文链接:

https://www.cell.com/matter/pdf/S2590-2385(19)30013-X.pdf

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