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新型石墨烯基材料可實現超疏水與超親水性的超快可逆轉化

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年06月11日  

  自然界中的荷葉有強烈的斥水性能,以至于水滴可以在上面自由滾動,相反,一些蘚類植物,如泥炭蘚則具有極強的親水能力致使其能夠直接吸收水分以維持生存。受這些生物材料的啟發而制備的具有超強斥水性(超疏水)或者超強親水性(超親水)的材料被統稱為超浸潤材料。超浸潤材料在生活中已經被廣泛應用,如滴落在雨傘上的雨滴會馬上滑落,雨傘表面即為超疏水材料,而防霧鏡表面一般會涂覆一層超親水材料,使得水蒸汽不能在其表面形成水珠而是形成均勻水膜,從而實現防霧效果。

  通過外界條件,如紫外光輻照,等離子體處理及調控溫度等,能夠實現超疏水與超親水間可逆轉化的材料被稱為具有可逆超浸潤性的材料。由于浸潤性的可控,這種“智能開關”在微流體技術、自清潔材料、水下油滴定向運輸和收集等許多研究領域具有重要意義,成為當今浸潤性領域最重要的發展方向之一。但是,由于目前技術的限制,具有可逆超浸潤性的材料仍然面臨著轉化時間較長、轉化工藝復雜等問題,嚴重制約著此類材料的發展與應用。

  近日,哈爾濱工業大學航天學院復合材料與結構研究所赫曉東教授、王榮國教授團隊在石墨烯基超浸潤材料的構建及超浸潤性快速可逆轉化方面取得新進展。研究成果發表在《先進功能材料》(AdvancedFunctionalMaterials)上,第一作者為博士生丁國民,指導教師王榮國教授和矯維成教授為共同通訊作者。

  赫曉東教授、王榮國教授團隊通過皮克林乳液技術和蒸汽溢出的簡單方法研制出了一種具有超疏水性的石墨烯基材料OCGN。該材料通過等離子處理1s后便能從超疏水狀態轉化為超親水狀態,顯著縮短了轉化時間(文獻可見報道最短轉化時間為25s)。另外,具有超親水性的OCGN在水下表現出超疏油性,并且其對水下油滴的黏附性可控,利用此種特性可完成水下油滴的定向運輸。同時,該材料還具備通電發熱的特性,僅在施加低電壓的條件下,就能在短時間內達到高溫狀態。結合電熱特性,該團隊首次利用焦耳熱在最短1min時間內實現了OCGN表面超疏水性的超快恢復。這種具有快速可逆轉化的超浸潤性材料在超浸潤表面領域具有廣闊的應用前景。

  值得一提的是,該課題組在石墨烯基復合材料微結構設計與可控制備及功能性研究方面還取得了多項研究成果。前期已成功制備出了具有高靈敏氣體傳感性的零維石墨烯基復合材料;研制了一種能夠快速檢測氣體的一維石墨烯基復合材料;設計并制備了一種對水滴具有高黏附力和自我感知能力的三維石墨烯基閉孔微球分級材料及石墨烯定向排列增強的微結構有序復合材料。

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