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    我院科研团队在特殊仿生浸润材料的应用方面取得系列进展

    小太阳网登录:2016-06-08      来源:      阅读次数:

             超疏水现象在大自然动植物界普遍存在,自从上世纪70 年代荷花效应被科学界发现后,近几十年超疏水仿生材料一直是人们关注和研究的热点。超疏水表面不但具有极端的防水能力同时还具有防污、自清洁、流体减阻、抑菌等功能,因此超疏水表面在现实生产生活中具有广阔的应用前景。

             小太阳网登录注册小太阳网登录仿生摩擦学材料团队从实际应用方面出发,致力于克服超疏水材料应用中存在的成本过高、寿命较短及制备工艺复杂等问题,并且在可实际应用超疏水涂层制备方面进行了一系列研究。利用溶胶凝胶法和共聚反应,研究人员得到了以乙醇为溶剂的绿色凝胶纳米超疏水涂层。该超疏水纳米涂层可以应用到各种固体基底上,且具有很好的透明性与稳定性。值得一提的是,该超疏水涂层的超疏水性被外界极端因素破坏后可以通过简单的有机溶剂浸泡的方法自修复。这一工作近期发表在Chem. Commun., 2015,51, 16794上。以此为基础,为了进一步加强超疏水涂层的机械稳定性和化学稳定性,利用环氧树脂为粘合层,研究人员制备得到了一种环氧树脂复合具有微纳米片状结构的氢氧化镁超疏水涂层。该超疏水涂层同样可以适用于各种固体基底而且在稳定性方面与前任的工作相比得到了很大的提升。将该超疏水复合涂层涂至常用的瓷砖表面可以得到超疏水瓷砖并且其可以在自然外界环境中至少稳定存放一个月。这种新型的超疏水涂层不但具有可大面积运用的能力而且成本低廉、制备方法简单等诸多优点。这一研究工作在超疏水涂层向实际应用方面又迈出了一大步(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016,Just Accepted)。为了赋予超疏水涂层更多实际应用的价值,在先前工作的基础上研究人员研发出了一种超疏水-超亲油/水下超疏油透明凝胶涂层。该超疏水凝胶涂层具有光引发的自清洁能力,可以在紫外光的照射下将表面附着的污染物分解,这一研究结果大大地扩展了超疏水透明涂层的应用范围和使用寿命(J. Mater. Sci., 2016, 51,7545)。

    透明超疏水涂层制备示意图

               与此同时,该研究小组也一直拓展超疏水材料在实现应用中的其他可能性。通过传统造纸工艺的启发,研究人员利用废纸为原料制备得到了一种超疏水再生纸。这种超疏水再生纸具有极佳的防水能力且保有纸张的可弯曲、可书写的能力(RSC Adv., 2016, 6, 30776)。在这一基础上,研究人员进一步开发研制出了一种超疏水阻燃再生纸,使超疏水再生纸同时具有了很好的阻燃性。这一系列工作不但扩大了纸张的使用范围,也在某种意义上延长了传统纸张的使用寿命(J. Colloid Interface Sci., 2016, 477, 74)。

    超疏水再生纸制备示意图

              为探寻沙漠干旱地区的实际饮水问题的解决方法,该研究小组在沙漠甲虫的启发下制备得到了一种超疏水/超亲水相间的水汽收集表面。这种功能化超疏水工程表面表现出很好的雾气收集的能力,集水率可达1309.9 mg h-1 cm-2。除此外,该超疏水雾气收集表面还具有良好的机械稳定性和很好的自清洁能力,可以满足现实各种不同环境的需求(Chem. Commun., 2016, DOI: 10.1039/c6cc01894g;  Chem. Commun., 2016, DOI: 10.1039/c5cc09867j)。

           

                                                                                                        雾气收集示意图及收集效果统计图

                   上述研究工作得到了国家自然科学基金项目(51522510)、科技部中青年科技创新领军人才项目和中科院“百人计划”项目的支撑。

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