新兴铸管股份有限公司
Xinxing Ductile Iron Pipes Co.
国家材料腐蚀与防护科学数据中心分中心-智慧铸管-耐蚀钢铁材料数据中心
National Materials Corrosion and Protection Data Center
Intelligent Ductile Iron Pipe-Corrosion Resistant Steels Data Center
中文 | Eng 管理后台 数据审核 登录 反馈
“种草”种出超强自愈性超疏水材料
2020-02-17 11:20:07 作者:本网整理 来源:X一MOL资讯

从模仿荷叶开始,人们对于超疏水表面已经开展了众多的深入研究,取得了丰富的成果。基于表面微纳结构和表面化学性质(低表面能)的调控,可以简便地构筑不同的超疏水表面。不过,实际应用中超疏水表面的结构容易遭到破坏,因此具有自愈性的超稳定超疏水涂层在诸多领域有着广泛需求。目前,超疏水涂层的自愈,实现方式主要包括基材组分发生化学反应修复和基体储存“液态”材料的表面渗透迁移修复。但是,上述策略往往存在修复材质降解、组分挥发流失/利用率低及缺乏长期使用稳定性等缺点。


近日,日本产业技术综合研究所(AIST)的Atsushi Hozumi博士研究团队发现了一种新的方法来构筑自愈性超稳定超疏水涂层。他们在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基材内注入两种液体:丙基三氯硅烷(TCPS)和低粘度硅油(SO),TCPS会在湿气氛围下水解、缩聚,自组装成“草”状微纤维并赋予表面超疏水性和优异的机械性能,而SO的表面渗透性赋予材料优异的自愈合性,这样PDMS-SO/TCPS材料超疏水表面就同时具备了自愈合性和长期稳定性。


1.jpg

自愈性超疏水表面构筑示意图及表面硅树脂“草”形貌表征。图片来源:Langmuir


PDMS-SO/TCPS材料中的丙基三氯硅烷(TCPS)从基材中逐渐渗出,在湿气氛围下很容易发生水解和缩聚反应,从而在PDMS基材表面生成类似“草”的圆锥形微纳尺度纤维(硅树脂“草”)。这种“草”的纤维直径在300 nm至1 μm,长度在10 μm至30 μm。电镜(SEM、TEM)测试表明其纤维表面存在微突结构。研究表明,表面“草”状纤维一方面能够提高其涂层的机械性能,另一方面能够起到“锁定”作用,防止低粘度SO渗出损耗。


研究团队对体系中PDMS、SO、TCPS三组分含量对材料表面形貌及性能的影响进行了探究。当TCPS/SO/PDMS含量比为20:70:100(vol %)时,表面生成无规则的微孔隙;而提高TCPS/PDMS比例时(20 vol % → 30 vol %),表面则形成微裂纹形貌。但是,三组分的含量配比对其表面疏水性能影响不大。


2.jpg

材料组成对表面微纳形貌及疏水性的影响。图片来源:Langmuir


对材料表面氧等离子体(OP)处理进行涂层耐用性测试,不同OP时间处理(30min、5h、12h、24h)条件下,在湿空气氛围下材料表面都能实现较迅速的超疏水性恢复,OP处理耐受性显著提高。同时,材料表面展现出优异的耐刮擦性能。


3.jpg

等离子处理及摩擦测试对材料性能的测试。图片来源:Langmuir


研究人员通过构筑表面微纳结构矩阵等对比试验对其超强自愈性机理进行了深入探究。研究表明,材料表面裂纹或微孔隙的存在利于低粘度SO材质的迅速渗出进行材料表面修复,而表面的纤维结构则保证了材料表面超长的OP耐受性,两个因素缺一不可。


4.jpg

超强自愈性机理及影响因素探索。图片来源:Langmuir


——总结——


通过丙基三氯硅烷在弹性基底表面的水解缩聚反应结合基体内低粘度硅油的存储,Atsushi Hozumi博士团队构筑了具有超强自愈合性能的超疏水涂层。该涂层克服了以往自愈合涂层的诸多局限性,展现出优异的户外耐候性、化学稳定性和耐湿热性能等,极大的拓展了其应用范围。同时,该研究为新一代自愈合超疏、双疏涂层的制备和发展提供了借鉴。

免责声明:本网站所转载的文字、图片与视频资料版权归原创作者所有,如果涉及侵权,请第一时间联系本网删除。

关于国家科技资源服务平台

国家科技基础条件平台中心是科技部直属事业单位,致力于推动科技资源优化配置,实现开放共享,其主要职责是:承担国家科技基础条件平台建设项目的过程管理和基础性工作;承担国家科技基础条件平台建设发展战略、规范标准、管理方式、运行状况和问题的研究,以及国际合作与宣传、培训等工作;承担科技基础条件门户系统的建设与运行管理工作;参与对在建和已建国家科技基础条件平台项目的考核评估和运行监督工作。

国家科技资源服务平台相关网站


国家材料腐蚀与防护科学数据中心

国家高能物理科学数据中心

国家基因组科学数据中心

国家微生物科学数据中心

国家空间科学数据中心

国家天文科学数据中心

国家对地观测科学数据中心

国家极地科学数据中心

国家青藏高原科学数据中心

国家生态科学数据中心

国家冰川冻土沙漠科学数据中心

国家计量科学数据中心

国家地球系统科学数据中心

国家人口健康科学数据中心

国家基础学科公共科学数据中心

国家农业科学数据中心

国家林业和草原科学数据中心

国家气象科学数据中心

国家地震科学数据中心

国家海洋科学数据中心