蘭州化物所在界面材料研究方面取得系列進展

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曉木蟲

蘭州化物所在界面材料研究方面取得系列進展

摘要: 　　浸潤性是材料的重要屬性之一，根據(jù)材料表面對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 ...

　　浸潤性是材料的重要屬性之一，根據(jù)材料表面對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，從而可以實現(xiàn)自我清潔；魚的皮膚具有極強的親水性，因而可以在水下對油具有很強的排斥作用，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、污水凈化和有機溶劑提純等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　中國科學院蘭州化學物理學習所固體潤滑國家重點實驗室仿生摩擦學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合結(jié)構(gòu)界面材料。近期，學習人員將棉花膨脹分散溶解在氯化鋅溶液中，進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。
　　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、花瓣狀氧化鋅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)用價值。與此同時，該課題組仿魚皮膚結(jié)構(gòu)性能，將傳統(tǒng)親水的無機粘結(jié)劑與多種納米顆粒復合，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。相關(guān)學習成果發(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基金項目（51522510和51675513）、中科院“百人計劃”以及固體潤滑國家重點實驗室的長期支持。