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文献前沿 | 透明高强度超双疏聚合物薄膜的大面积制备

2019年07月06日 点击:

透明高强度超双疏聚合物薄膜的大面积制备

文献前沿 第二期


ACS NANO

2018, 12 (10)

ISSN:1936-0851

影响因子:13.709


01

作者简介


【通讯作者】


武利民,复旦大学材料系教授、博士生导师,教育部“长江学者”特聘教授,国家先进涂料教育部工程研究中心主任。


【研究方向】


1)有机-无机纳米杂化胶体微球的制备策略

2)胶体微球的薄膜组装及其性能

3)功能涂料研究开发


【研究成果】


近年来,负责承担和完成的项目包括国家重点研发计划纳米科技专项、基金委创新群体、国家“863”计划、国家自然科学基金重点项目,以及国内外企业委托项目等。共发表SCI论文280余篇,SCI论文被引用超过12000多次,其中25篇文章他引超过100次,13篇入选ESI高引用论文,H-因子58;出版中英文专著各2部;共申请和获得国家发明专利36项,美国专利项、世界专利2项



02

论文概述


【研究背景】


超双疏表面与水、油的接触角大于150°,接触角滞后较小。与超疏水表面相比,超双疏表面具有更广泛的应用范围,包括自清洁、防污、化学屏蔽、防溢、防冻、防腐、燃料输送和减阻等。材料的超双疏能力由它们的特殊表面形貌(凹角、凸曲率或悬垂)和低表面能化学的组合产生。然而,这种具有特定形貌的超双疏表面的制造是耗时的,通常涉及昂贵的光刻工具或复杂的化学过程。此外,表面粗糙与透明度的矛盾构成了另一个挑战:一方面,超双疏表面需要足够的表面粗糙度以获得高接触角(CA)和低接触角滞后(CAH)。另一方面,由于来自粗糙表面的米氏散射,表面粗糙度必须足够小,才能保持高透射率以实现高透明性。


【研究方法】


本文采用简单的单向拓印和热处理相结合的方法制备了透明的超双疏薄膜。简单地说,通过在以PDMS(聚二甲基硅氧烷)为涂层得而基底上单向拓印一种干燥的二氧化硅粒子,再在上面覆上一层PDMS基板,得到单层二氧化硅阵列。将二氧化硅球组装成单层阵列后,在220°C以上热处理72小时后,将环氧基感光树脂SU-8渗入硅模板中,紫外线照射1 min后固化形成薄膜,冲洗,除去二氧化硅模板,采用化学气相沉积法将全氟辛基三氯硅烷(PFOTS)对表面进行改性,又得到具有优异的拒液性能的有序单层凹坑结构或六角三角形微柱结构。


【结果讨论】


本工作通过采用单向拓印和热处理相结合的方法不仅在平面上制备出了超双疏薄膜,还成功地在非平坦的基片上制造了双疏聚合物结构。本文发现用5μm二氧化硅基模板制造超双疏薄膜时会得到单层有序凹坑结构,而用10~20μm二氧化硅基模板制造超双疏薄膜时会得到六角三角形微柱结构。本工作得到的超双疏薄膜对水、乙二醇、矿物油、橄榄油的接触角分别达到161°、155°、150°、152°,滚动角分别达到3°、4°、9°、7°。本文还研究了该超双疏薄膜的机械性能、柔韧性和耐化学腐蚀性,结果表明经过摩擦,超双疏薄膜仍保持其疏液特性,且经腐蚀性物质处理后的聚合物薄膜仍表现出优良的拒液性。另外,本文进一步研究了所得聚合物涂层或薄膜的光学透明性,发现氢氟酸浓度和刻蚀时间对所得聚合物薄膜的透光性有显著影响。最后,本文所获得的聚合物薄膜因其突出的优点,有广泛的应用前景,如窗户、镜片、手机、笔记本电脑、照相机、太阳能电池板、光学器件、防指纹或自清洁透明保护膜等。