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中国工程物理研究院《JMCA》:一种表里如一的柔性超疏水复合材料
发布:lee_9124   时间:2019/9/26 18:27:25   阅读:102 
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超疏水材料在表面自清洁、防水、腐蚀防护及油水分离等方面有着广阔的应用前景,但其超疏水性容易因表面微纳结构的磨损而失效,一直困扰该领域的发展。本征超疏水材料的出现为该领域带来了新的希望,因其低表面能的微纳结构贯穿整个材料本体,当其超疏水表面被磨损后,新暴露出的表面仍然具有良好的超疏水性,从而表现出良好的耐久性,受到人们广泛关注。然而本征超疏水材料的制备方法步骤繁琐耗时、且柔韧性较差,易脆裂,影响其实用。

针对上述问题中国工程物理研究院唐昶宇研究员和帅茂兵研究员团队合作,发展了一种简便、快速的柔性本征超疏水复合膜制备方法——利用紫外光聚合反应具有快速固化的特性,将由低表面能聚合物、疏水微/纳颗粒和溶剂构成的溶胶迅速(60 s内)转变为凝胶,再经过干燥处理,获得表面粗糙、内部多孔的柔性本征超疏水复合膜(图1)。
 


图1 (a) 紫外光固化本征超疏水复合膜制备过程示意图,(b)~(d) 复合膜表面和断面SEM图,(e)~(g)复合膜在下弯、上弯和扭曲条件下的超疏水性

该研究系统地分析了溶剂量对超疏水复合膜的聚合物交联度、空隙率、拉伸性能和表面耐磨损性能的影响(图2),最终确定在溶剂和聚合物质量比为15:1时,复合膜的力学性能和超疏水性能达到最优。优化后超疏水复合膜具有良好的柔韧性,在经受1000次拉伸-松弛循环后仍保持优异的超疏水性;并且在其表面超疏水性受损后,仅需使用砂纸经过简单地打磨处理即可暴露出内部自相似的超疏水结构(图3),从而实现超疏水性的快速修复,使其保持持久稳定的超疏水性。
 


图2 (a)~(d) 分别为溶剂量对超疏水复合膜玻璃化转变温度(Tg)、空隙率、拉伸性能和表面耐磨损性能的影响
 


图3超疏水复合膜分别经过50次(a、b)、200次(c、d)和500次(e, f)磨损循环测试后的自相似表面SEM图

同时,该研究将此方法应用于医用敷料表面,获得了具有透气和防水功能的超疏水敷料,该超疏水敷料在经受100次磨损循环测试后仍保持良好的超疏水性。
 


图4普通敷料和超疏水敷料的防水性对比

该研究成果以为题《Robustand flexible bulk superhydrophobic material from silicone rubber/silica gelprepared by thiol-ene photopolymerization》在国际权威材料类期刊Journal of Materials Chemistry A(2019,7,7242-7255)上发表。该论文第一作者为李永升博士,通讯作者为中国工程物理研究院唐昶宇研究员和帅茂兵研究员。论文得到了国家自然科学基金面上项目(51573217、51573172)和四川省应用基础研究项目(2018JY0359)资助。
 

来源:高分子科学前沿
 
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