强韧、灵活的超疏油超亲水涂层
文章来源：未知 更新时间：2018-03-27 09:27:28
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开发一种完全不沾油但完全亲水（超疏油/超亲水）材料在诸如油水分离等许多领域有重要的应用前景。以往的过滤分离法采用亲油/疏水材料实现阻水通油，这存在着两个严重问题，首先是相对水而言油的粘度较高，容易附着在过滤网孔上使网孔堵塞，大幅降低过滤效率；另外一方面由于水的密度较大，重力作用下水先接触过滤网膜，容易在网膜表面形成水膜，而密度较小的油只能浮在水膜上方使得分离无法持续。而开发超疏油/超亲水材料则可从根本上解决上述问题，用它制成的油水分离网膜可以完全阻隔油且不沾油，而水则可以顺利通过，这就避免了高粘度油对网孔的堵塞。并且由于水的密度较大，在重力作用下可以直接通过分离网膜实现油水分离，使得分离效率大幅提高。
根据表面能理论，油具有比水更低的表面能，要实现疏油需要极低表面能固体材料，这种固体表面对于较高表面能的水来说也“一定”是疏水的。这就为开发超疏油/超亲水材料造成了很大的困难。目前通常的实现方式是将超亲水材料浸润在水中，在水下得到超疏油/超亲水性能，然而这种通过非直接方式得到的超疏油/超亲水性依赖水膜的存在才能稳定保持其特殊润湿性，一旦水膜破损材料将迅速被油污染，因此实际应用困难。
哈尔滨工业大学的赵学增教授与潘昀路副教授所带领的课题组“微纳测量与表征实验室（MLM&C）”日前针对这一问题实现了突破。他们通过构造短直氟链表面活性剂与极性亲水基团组成的微纳复合结构，使表面实现了真正意义上的超疏油与超亲水性的共存。由于短直氟链的存在，且油与极性基团没有强的相互作用，油在材料表面呈现超疏态，而由于水与极性基团之间有着强相互作用，而氟链又直又短，为水分子与极性基团的“亲密结合”创造了空间条件，使得水在材料表面迅速呈现超亲态。这种涂层可以通过喷涂的方式附着在几乎任何一种固体表面上，下图展示了涂覆有这种涂层表面的超疏油和超亲水性。
同时，该研究团队还针对超浸润表面机械耐久性问题开展了研究，提出通过层层喷涂实现功能颗粒与高粘性胶粒均匀混合方式构造特殊润湿性功能表面，大幅提高了所制备涂层的机械耐久性（8-10倍），可在砂纸的持续摩擦下保持润湿性能不变，也可在人的大力揉搓下保持其超疏油/超亲水性，如下图。
下图为将该涂层涂覆到不锈钢网表面，实现了高效的油水分离：
此外，利用该涂层还可以对油滴实现定向运输，在倾斜表面上用毛笔沾水画出轨迹后，可使油滴将表面沿着轨迹移动，如下图所示。
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