广州大学汪黎明/张国杰团队‌J. Colloid Interface Sci.‌:超快速制备多功能坚固超疏水涂层
2025-08-04 15:01:40 作者:涂料驿站 来源:涂料驿站 分享至:

 

超疏水性在各种生物表面(如荷叶、水稻叶、壁虎脚、沙漠甲虫、蝴蝶翅膀)上均有被观察到,并且在过去几十年里吸引了大量的研究。超疏水表面与水滴的接触面积非常小,这带来了极低的水附着力,从而具有显著的拒液性,表观接触角超过 150°,滚动角低于 10°,这使其具有独特的自清洁效应。因此,超疏水性在防污防冰、防腐、油水分离、减阻等众多领域具有巨大的应用潜力。

决定超疏水性的两个重要因素是低表面能材料和表面的微/纳米结构。因此,制备超疏水性最常用的策略是构建粗糙表面或利用基材表面已有的粗糙度,然后与低表面能材料相结合。构建粗糙表面是实现超疏水性的关键步骤,迄今为止,已经开发出了多种不同的技术来构建微/纳米级粗糙度,包括自组装、激光蚀刻、化学蚀刻、静电纺丝、溶胶-凝胶以及化学气相沉积。尽管在超疏水涂层的制备方法取得了显著进展,但开发简单且实际可用的超疏水涂层仍然是一个长期挑战。目前的这些方法通常涉及多个步骤、耗时的程序、复杂的样品制备和/或专业技术人员和仪器,这极大地降低了方便性,从而限制了其适用性。

超疏水涂层适用性的一个主要固有限制是其机械脆性。这是因为微/纳米级表面容易受到磨损和侵蚀。目前,已报道了两种增强超疏水涂层鲁棒性的策略:利用自相似结构,或将双尺度微/纳米结构与硬互连装甲结合以增强表面的机械鲁棒性。在前一种情况下,当采用自相似设计制备超疏水涂层时,其成分和结构与顶部表面相同。因此,涂层在受到磨损后仍能保持超疏水性,直到其被长期磨损损坏为止。在连续磨损条件下,自相似涂层的机械鲁棒性仍有可能丧失。在后一种情况下,装甲结构有效地保护了超疏水性免受磨损的影响。然而,目前最有效的耐磨方法虽然很有前景,但仍需要复杂的工艺、先进的技术和特定的基材。除机械损伤外,低表面能材料在长期使用过程中,因紫外线照射、氧化、热降解和水解作用而发生的化学降解也是一个不可避免的问题。这些过程进一步降低了超疏水涂层的可持续性,并提高了应用成本。

为了应对当前的挑战,提高超疏水涂层适用性的可行替代途径是开发一种极其简单且成本低廉的制备技术。这种技术能够以最少的加工时间和工序在不同基材上快速实现超疏水性,这样可以使得超疏水涂层易于获取,并在失效时易于重建。因此,一步法制备超疏水涂层是近年来的一个研究重点,其重点在于提高技术的简单性和便利性。

近期,广州大学汪黎明/张国杰团队超快速制备出多功能、坚固超疏水涂层

将甲基三乙氧基硅烷与水反应,制得粘性甲基多面体低聚倍半硅氧烷(甲基-POSS)树脂,然后以甲基-POSS、二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)和SiO2纳米颗粒和少量酸催化剂为原料,采用不同的涂覆方法制得超疏水聚硅氧烷涂层(POSS-SiO2@DMDMS)。

该涂层适用于不用类型的基材,可以在常温条件下数秒至数分钟内制备完成,水接触角大于170°,滚落角小于1°,表现出优异的超疏水性。该涂层具有优异的机械鲁棒性,能够承受2.5kPa下在2000目进行8m的砂纸磨损、刀具刮擦以及长时间的水滴冲击。该涂层在加热、强酸、高盐和沸水等多种恶劣环境中表现出高化学稳定性。此外,涂层被涂覆在织物上时对油水分离非常有效,分离效率超过99.7%,且在多次循环中表现出很高的耐用性。因此,本研究制备的超疏水涂层具有简单、高效、耐久性好、所用材料成本低等优点,在多个领域展现出巨大的工业应用潜力。



坚固超疏水涂层的设计













坚固超疏水涂层的设计。



涂层耐久性













聚硅氧烷涂层的耐久性。



涂层的应用













超疏水涂层的应用。


数据来源与出处


 

相关研究成果以“Ultrarapid fabrication of robust and versatile superhydrophobic polysiloxane coatings with superior repellency”为标题发表在《Journal of Colloid And Interface Science》上。

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。

    标签:
相关文章
无相关信息