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科技 | “两面神”薄膜:一面超疏水一面超亲水

发表时间:2019/2/14

自然界中,荷叶、稻叶等材料表面呈现出不同超疏水特性。道法自然,人们基于仿生策略实现了系列材料超疏水表面的构筑。然而,荷叶表面除具有超疏水特性——“荷叶效应”之外,还呈现出表面超疏水、底面亲水的“两面神(Janus)”润湿特性。


荷叶的两面神润湿特性


模拟荷叶表面这种特性进行具有显著润湿性差异Janus膜表面构筑。近日,一个土耳其—德国联合研究团队以滤纸为多孔基底,通过单面修饰聚二甲硅氧烷(PDMS)/无机微纳颗粒,简便构筑了具有超疏水/亲水显著润湿性差异的“两面神”膜。这种Janus膜具有优异的化学稳定性、机械稳定性和柔韧性,同时保持良好的透气性,在伤口处理等方面具有较大的应用前景。


荷叶疏水表面的微观结构


研究人员选用Whatman No. 1滤纸和实验室工程棉滤纸为基底材料,将PDMS、硅纳米颗粒以及玻璃微球混合均匀后采用喷涂技术涂覆到基底表面,经过120 ℃加热交联处理后PDMS共价接枝到滤纸表面。该侧滤纸表面呈现出超疏水特性(接触角163.1°± 1.2°)。

同时,研究表明混入掺杂三种不同尺寸的无机颗粒(9?13μm、20?60μm、数纳米)对于超疏水表面的构筑十分必要,微米级尺寸和纳米尺度的无机颗粒协同提供微纳粗糙表面。


Janus膜的制备及表面形貌


研究发现加热处理使得PDMS与基底产生共价键连接,进一步对“两面神”膜的内部结构进行表征,结果表明在涂层制备过程中涂层组分渗透扩散至多孔滤纸内部形成梯度化学改性结构;这一结构特性有效地保证了“两面神”膜的溶剂/水稳定性。“两面神”膜基于底部保持亲水特性,其整体保持较高的吸水率(80 g/m2)。



基于滤纸、表面硅橡胶涂层组分优异的柔韧性以及基底与涂层存在共价键连接界面,结合无机微纳颗粒杂化改性,使得该“两面神”膜表面具有优异的超疏水润湿稳定性。在循环弯曲以及摩擦测试后,该涂层仍能维持其优异的超疏水特性。


表面涂层机械稳定性测试

该“两面神”膜的制备方法简便,易于大面积制备,适于商业化生产,为纺织领域中的功能涂层、防水透气织物等的开发提供了重要的研究思路。


(来源:X-MOL)