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防水新科技 | “兩面神”薄膜:一面超疏水一面超親水

文章出處:廣州聯莊科技有限公司 人氣:-發表時間:2019-02-14

自然界中,荷葉、稻葉等材料表面呈現出不同超疏水特性。道法自然,人們基于仿生策略實現了系列材料超疏水表面的構筑。然而,荷葉表面除具有超疏水特性——“荷葉效應”之外,還呈現出表面超疏水、底面親水的“兩面神(Janus)”潤濕特性。


荷葉的兩面神潤濕特性

荷葉的兩面神潤濕特性

模擬荷葉表面這種特性進行具有顯著潤濕性差異Janus膜表面構筑。近日,一個土耳其—德國聯合研究團隊以濾紙為多孔基底,通過單面修飾聚二甲硅氧烷(PDMS)/無機微納顆粒,簡便構筑了具有超疏水/親水顯著潤濕性差異的“兩面神”膜。這種Janus膜具有優異的化學穩定性、機械穩定性和柔韌性,同時保持良好的透氣性,在傷口處理等方面具有較大的應用前景。


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荷葉疏水表面的微觀結構


研究人員選用Whatman No. 1濾紙和實驗室工程棉濾紙為基底材料,將PDMS、硅納米顆粒以及玻璃微球混合均勻后采用噴涂技術涂覆到基底表面,經過120 ℃加熱交聯處理后PDMS共價接枝到濾紙表面。該側濾紙表面呈現出超疏水特性(接觸角163.1°± 1.2°)。

同時,研究表明混入摻雜三種不同尺寸的無機顆粒(9?13μm、20?60μm、數納米)對于超疏水表面的構筑十分必要,微米級尺寸和納米尺度的無機顆粒協同提供微納粗糙表面。


Janus膜的制備及表面形貌

Janus膜的制備及表面形貌


研究發現加熱處理使得PDMS與基底產生共價鍵連接,進一步對“兩面神”膜的內部結構進行表征,結果表明在涂層制備過程中涂層組分滲透擴散至多孔濾紙內部形成梯度化學改性結構;這一結構特性有效地保證了“兩面神”膜的溶劑/水穩定性?!皟擅嫔瘛蹦せ诘撞勘3钟H水特性,其整體保持較高的吸水率(80 g/m2)。


梯度化學改性結構


基于濾紙、表面硅橡膠涂層組分優異的柔韌性以及基底與涂層存在共價鍵連接界面,結合無機微納顆粒雜化改性,使得該“兩面神”膜表面具有優異的超疏水潤濕穩定性。在循環彎曲以及摩擦測試后,該涂層仍能維持其優異的超疏水特性。

表面涂層機械穩定性測試

表面涂層機械穩定性測試

該“兩面神”膜的制備方法簡便,易于大面積制備,適于商業化生產,為紡織領域中的功能涂層、防水透氣織物等的開發提供了重要的研究思路。

此文關鍵詞:超疏水/親水顯著潤濕性差異的“兩面神”膜

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