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吉林大学李洋副教授团队:可室内修复化学和机械损伤的超疏水材料

2019年10月18日 点击:

超疏水材料由于在自清洁,防污,防腐蚀,油水分离等方面的潜在应用而备受关注。而,超疏水材料的实际替代和可靠性是有限的:必须是超疏水材料表面的低表面能物质易受阳光,臭氧等氧化物腐蚀;取代是超疏水材料表面的微纳复合结构易受摩擦,切割等机械力的破坏。为了提高超疏水材料的稳定性,科学家们成功,将自修复性能恢复到超疏水材料中,制备出自修复超疏水材料。然而,现有的超疏水材料仅能修复单一的损伤类型,并且需要高温条件才能同时修复机械损伤和化学损伤。现阶段,能同时修复多种损伤的自修复超疏水材料的制备依然是一个挑战。

针对以上问题,吉林大学李洋副教授团队以氨基封端聚二甲基硅氧烷(NH2-PDMS-NH2)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为原料合成了可自修复的疏水超分子聚合随后将PDMS-PUa,多壁碳纳米管,氯化钠在四氢呋喃中混合,固化成型并除去盐模板,制备出多孔的自修复超疏水材料MCNTs / PDMS-PUa。 (图1b)。研究结果表明,MCNTs / PDMS-PUa具有良好的超疏水性能,化学稳定性和热稳定性。MCNTs/ PDMS-PUa的静态接触角和滚动角分别为153.2°和5.6°,甚至在1%的CH3COOH和Na2CO3溶液中浸泡12 h保持良好的超疏水性能;直到,在60℃条件下放置72 h,MCNTs / PDMS-PUa的多孔结构没有任何塌陷,接触角和滚动角也没有发生变化,保持初始的超疏水性能。

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图1。(b)MCNTs / PDMS-PUa的制备过程示意图。

由于PDMS-PUa在室温下既具有良好的分子运动能力,因此,当其受到化学腐蚀而导致其超螺旋性能丧失后,MCNTs / PDMS-PUa内部的PDMS-PUa分子在自由能的驱动下扩散到如图2b所示,当受到等离子刻蚀的MCNTs / PDMS-PUa在室温条件下储存放置48小时之后,MCNTs /被破坏的表面,恢复材料原始的表面物质组成及超疏水性能(图2a)。 PDMS-PUa表面的水的静态接触角从0°恢复到150.9°,滚动角也恢复到6.8°,证明MCNTs / PDMS-PUa在下部下修复化学损伤的能力。更重要的是,由于PDMS-PUa聚合物分子间氢键的动态可逆性,当两个损伤的断面相互接触时,断面PDMS-PUa聚合物分子之间再次形成氢键从而修复破坏的MCNTs / PDMS-PUa(图2c)。图2d所示,当把切成两半时,MCNTs / PDMS-PUa重新接触并并在其中下储存放置72小时,MCNTs / PDMS-PUa重新连接在一起并且可以承受自身的重量。接触角和滚动角分别 复到153.1°和5.9°。

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图2。(a)MCNTs / PDMS-PUa修复化学损伤的示意图。(b)MCNTs / PDMS-PUa修复化学损伤的相互接触角。(c)MCNTs / PDMS-PUa修复机械损伤的示意图。 PDMS-PUa室温修复机械损伤前后的照片。

由于其稳定的多孔结构和超疏水性能,MCNTs / PDMS-PUa可以用于清除水表面漂浮的油污。从而,得益于MCNTs / PDMS-PUa的自修复能力,MCNTs / PDMS-PUa可以在受到化学作用腐蚀和穿刺后依然保持高效的油水分离能力。

以上相关成果以“具有自修复聚合物的化学和机械损伤修复能力的超疏水泡沫”为题。母校 接口》上。论文的通讯作者为李洋副教授

论文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b11858