超疏水表面因其優秀的疏水性能和廣泛的應用前景

2020-11-22 慧聰網

    近些年，超疏水表面因其優秀的疏水性能和廣泛的應用前景，成為國內外研究的熱點之一。

    表面的疏水性能通常用表面與水靜態的接觸角和動態的滾動角描述。超疏水表面是指與水的接觸角大於150°，而滾動角小於10°的表面，如生活中常見的荷葉和水黽科昆蟲的腿部等。該特殊表面在日常生活和工業生產等領域都有著極其廣闊的應用前景，如玻璃表面的防霧，交通指示燈的自清潔，船體表面的潤滑，紡織品的防汙、選擇性吸收等。

    人工製備超疏水表面雖然起步較晚，但發展迅速，有效的製備方法也越來越多，主要有模板法、靜電紡絲法、相分離與自組裝法、溶膠-凝膠法、刻蝕法、水熱法、化學沉積與電沉積法、納米二氧化矽法、腐蝕法等。

    就目前超疏水表面的製備和實際應用情況來看，穩定性、靈活性、實用性仍是急需解決的問題。此外，將超疏水材料與可穿戴柔性傳感應用相結合的超疏水智能塗層未見報導。

    近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所的研究團隊構築了有多級微納複合結構的多壁碳納米管（MWCNT）/熱塑性彈性體（TPE）複合超疏水智能塗層，該塗層同時兼具了超疏水和優異的應變感知性能，可有效地抵抗環境中水、酸液、鹼液、汗液等的幹擾。從研究結果來看，得益於複合塗層中梯度分布的TPE和穩定的微米孔-納米突起複合結構，該多功能塗層既可以與柔性襯底（如柔性織物、聚醯亞胺、聚乙烯等）穩定結合，也可與剛性襯底（如玻璃、金屬等）良好地結合，且符合Wenzel以及Cassie模型，具有非常穩定的超疏水性能（接觸角~162°）。

    圖中(a)、(b)為多功能智能塗層表面形貌；(c)為水滴(~3mL)在未處理、鹼、酸、紫外處理之後的智能塗層表面的光學照片；(d)為智能塗層截面的微觀形貌 

    另一方面，多孔微納複合結構賦予MEWCNT/TPE複合網絡對拉伸、彎曲以及扭曲優秀的應變感知能力：實現了高靈敏度（GF：5.4~80），高解析度（1°的彎曲），快速響應時間（<8ms），大應變範圍（最大應變~76%、彎曲角度0°~140°，扭曲0-350radm-1）以及高穩定性（5000次大應變拉伸實驗）。

    圖中(a)為多功能智能塗層對應變響應；(b)對不同頻率動態響應；(c)響應時間；(d)循環測試；(e)水滴(~3mL)在延展的塗層表面光學照片

    基於智能塗層的優異性能，研究團隊實現了其多功能應用，如在複合材料中加入四氧化三鐵（Fe3O4）納米粒子構築磁驅動「水黽」機器人；形成智能織物全範圍實時監測人體動作等。研究結果對超疏水材料、智能材料與柔性智能系統領域有重要意義。相關研究成果發表在AdvancedMaterials上。    

    圖中(a)、(b)真實水黽和「腳」上塗有多功能智能塗層的磁驅動「水黽」機器人；(c)防水智能傳感衣物；(d)智能傳感手套與防潑水能力

責任編輯：許月華

Tel：010-61723967

免責聲明:凡註明來源本網的所有作品，均為本網合法擁有版權或有權使用的作品，歡迎轉載，註明出處。非本網作品均來自網際網路，轉載目的在於傳遞更多信息，並不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。

相關焦點

  • 鄧旭：推動超疏水表面走向實際應用
    在主題報告會上，首屆川渝科技學術大會優秀論文一等獎獲獎作者、電子科技大學教授鄧旭作了題為「固/液界面功能材料穩定性研究」的主題報告。該成果創新的設計思路和通用的製造策略展示了固/液界面功能材料非凡的應用潛力，進一步推動了超疏水表面進入更廣泛的實際應用。
  • 超疏水紙張的製備及其應用
    超疏水表面由於具有良好的自清潔性能，近年來已經吸引了人們的廣泛關注。紙張表面的潤溼性可以通過接觸角來進行表徵，超疏水紙張是指紙張表面與水滴接觸時所形成的接觸角大於150°，滾動角小於10°的疏水紙。 通過研究得知，經過疏水改性後紙張表面具有一種類似於玫瑰花瓣的結構，水滴在其表面雖然具有氣—液—固三相接觸界面，但液—固接觸面積較大，使得水滴與紙張表面之間有很強的粘附力。因此，超疏水紙張的製備不僅需要對紙張表面進行疏水改性，同時也需要在紙張表面構建微納米的分級結構。
  • 清華大學團隊製備出超疏水抗結冰表面
    清華大學1月5日宣布，材料學院鍾敏霖教授團隊利用超快雷射微納製造結合化學氧化方法，製備出獨特的三級微納米結構超疏水表面，具有優異的超疏水穩定性和防結冰性能，其冰粘附強度最低為1.7MPa，是目前國際已報導的最低冰粘附強度的超疏水防除冰表面，應用前景十分廣闊。
  • 飛秒雷射可使金屬具備超疏水性能
    原標題：飛秒雷射可使金屬具備超疏水性能　　科技日報訊 （記者王小龍）無需化學塗層和其他工藝，僅僅藉助雷射器就能為普通金屬增加防水、防鏽、防冰凍和自我清潔的特性，美國羅切斯特大學的科學家日前對外公布了這項新技術。相關論文發表在1月20日出版的《應用物理學》雜誌上。
  • 超疏水高分子吸附材料研究有進展
    > 作者：仲科   來源：中國化工報    2011年08月04日 收藏 　　中化新網訊　　近日，中科院大連化物所鄧偉僑研究員與蘭州理工大學李安副教授合作，開發出具有超疏水特性的共軛微孔高分子吸附材料
  • 材料學院鍾敏霖團隊製備出超疏水抗結冰表面 達到超低冰粘附強度
    江蘇雷射聯盟搜集整理發現：1月5日電近日，清華大學材料學院鍾敏霖教授團隊利用超快雷射微納製造結合化學氧化方法，製備出獨特的三級微納米結構超疏水表面，具有優異的超疏水穩定性和防結冰性能，其冰粘附強度最低為1.7MPa，是目前國際已報導的最低冰粘附強度的超疏水防除冰表面，應用前景十分廣闊。
  • 超疏水表面 | 槐葉蘋+豬籠草的啟示：帶「潤滑頭」的微凸起
    ​在超疏水槐葉萍和超滑豬籠草的啟發下，研究者設計了新型仿槐葉萍表面，其固-液接觸線兼具穩定性和和易滑移性。來源 | 《國家科學評論》仿生超疏水材料在表面自清潔、生物防汙、流體減阻等領域都有重要應用。通常，材料表面的超疏水效果是由微/納米尺度的粗糙結構實現的，這種結構能夠捕獲氣穴，託起液滴，從而實現超疏水。
  • 研究開發出超疏水吸附材料
    近日，中科院大連化學物理研究所11T4組鄧偉僑研究員與蘭州理工大學李安副教授合作，開發出具有超疏水特性的共軛微孔高分子吸附材料，能用於水體中非極性有機溶劑和油的選擇性吸附與分離
  • 超疏水表面 | 槐葉蘋+豬籠草的啟示:帶「潤滑頭」的微凸起
    2020-08-27 17:37:51　來源: 返樸 舉報 　　在超疏水槐葉萍和超滑豬籠草的啟發下
  • 為超疏水材料披上「鎧甲」
    其實，這些都與動植物「身體」表面的超疏水性有關係。受上述自然現象的啟發，人們逐漸掌握了材料疏水的秘密——其對水具有極好的排斥性,水滴在其表面保持球狀極易滾動，且水珠滾動的過程中還可以帶走材料表面的塵埃，達到清潔效果。但是，以往人們製備出的超疏水材料表面結構十分脆弱，難以實現廣泛應用。如何給超疏水材料表面披上堅固「鎧甲」且不影響其疏水性能，成為該領域研究學者努力的方向。
  • 清華郭永實驗室研發出「一步法」超快速微液滴晶片鍵合和表面疏水...
    清華郭永實驗室研發出「一步法」超快速微液滴晶片鍵合和表面疏水改性方法清華新聞網11月22日電 11月19日，清華大學醫學院生物醫學工程系郭永實驗室在《傳感器和執行器B：化學》（Sensors and Actuators B： chemical）期刊在線發表題為「一種同步實現晶片鍵合與表面疏水改性的工藝方法用於快速製備聚碳酸酯材質的液滴微流控晶片
  • 大連理工大學超疏水研究破金氏世界紀錄
    央廣網大連3月29日消息（記者賈鐵生 通訊員張翠）近日，大連理工大學機械工程學院劉亞華教授研製的超疏水材料，可將固液接觸時間的理論極限大幅縮短80%，成功挑戰了金氏世界紀錄。固液接觸時間是衡量材料表界面動態潤溼性的一個重要參數。
  • 疏水性自清潔塗料的原理及研究進展
    3.1低表面能聚合物自清潔塗料     低表面能物質易在聚合物表面富集，顯著改善聚合物的耐水性，使聚合物具有較好的疏水性、自清潔性。因此，具有耐氧化和低表面能等顯著優點的有機矽、有機氟等物質常被用來製備超水自清潔表面。矽樹脂廣泛應用於高壓戶外絕緣材、防汙塗料和超疏水材料等多個領域。聚二甲基矽氧烷(PDMS)因其固有的變形性和疏水特性常用來製備疏水表面。
  • 中外科研人員為超疏水表面披上「鎧甲」
    中外科研人員為超疏水表面披上「鎧甲」 2020-06-04 20:05:27 來源：中國新聞網  |  作者：佚名 | 字號(設計堅固的超疏水表面)」，並被選為當期封面。據了解，仿生荷葉的超疏水材料由於其獨特的固-液界面性質，在表面自清潔、生物防汙、防水抗結冰、流體減阻以及傳熱傳質等領域展現出了巨大的應用潛力，隨之又發展出了一系列如超親水、
  • 超疏水性新材料來啦~
    材料的親疏水性一般根據水與材料表面接觸時形成的接觸角來評價，即下圖中的θ角。當θ>90°時，為疏水，而θ>150°時，則為超疏水。可以看到，PCF的接觸角約為130.8°，GDCF為141.5°，而PGDCF則達到了160.1°，達到了超疏水性的標準。接下來，作者又測量了在水珠接近和離開這些材料表面時的接觸角。GDCF雖然在水珠接近時有良好的疏水性，但在水珠離去時卻出現了粘滯現象，接觸角大幅減小。而PGDCF無論在水珠接近還是離去時，都保持了超疏水性。
  • 二氧化鈦超疏水性
    納米二氧化鈦超疏水性膜的製備方法一種納米二氧化鈦超疏水膜的製備方法，採用水熱法製備納米二氧化鈦，以水解反應為基礎，選用在自然條件下發生水解反應的四正丙醇鈦作為鈦原，在通度控制的反應條件下製備了具有較好晶體形貌的納米二氧化鈦，用於製備複合材料，其中以銳鈦礦型晶體的形態製備了超疏水性薄膜
  • 電子科技大學鄧旭等開發超疏水表面的方法，有極大的市場應用潛力
    超疏水表面保持乾燥，自清潔並避免生物結垢的能力對於生物技術，醫學和傳熱的應用具有吸引力。接觸這些表面的水滴必須具有較大的接觸角（大於150度）和較小的滾落角（小於10度）。這對於具有低表面能化學性質和微米或納米級表面粗糙度的表面可以實現，從而使液體和固體表面之間的接觸最小化。
  • 超疏水材料披「鎧甲」,疏水耐磨可兼得
    其實，這些都與動植物「身體」表面的超疏水性有關係。　　受上述自然現象的啟發，人們逐漸掌握了材料疏水的秘密——其對水具有極好的排斥性,水滴在其表面保持球狀極易滾動，且水珠滾動的過程中還可以帶走材料表面的塵埃，達到清潔效果。　　但是，以往人們製備出的超疏水材料表面結構十分脆弱，難以實現廣泛應用。
  • 親水疏水,一步切換的金屬表面
    通過研究自然界植物的表面結構與功能關聯，科學家製備了多種具有特殊潤溼性和斥液性的表面。譬如，通過模仿荷葉和豬籠草的表面，分別合成了具有超疏水性能的微納結構表面和具有優異斥液性能的潤滑液浸漬表面（SLIPS）。最近，界面性能隨外界刺激響應的表面（智能表面）吸引了廣泛的研究興趣。然而，它們的合成過程通常需要多個複雜步驟。
  • 【乾貨】石墨烯的功能化改性——疏水疏油篇
    氧化石墨烯長久以來被視為親水性物質，因為其在水中具有優越的分散性，但是，相關實驗結果顯示，氧化石墨烯實際上具有兩親性，從石墨烯薄片邊緣到中央呈現親水至疏水的性質分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性劑一般存在界面，並降低界面間的能量。其親水性被廣泛認知。