搜索:  
吉林大学李洋副教授团队:可室温修复化学和机械损伤的超疏水材料
2019-10-15  来源:高分子科技

  超疏水材料由于在自清洁,防污,防腐蚀,油水分离等方面的潜在应用而备受关注。然而,超疏水材料的实际使用寿命和可靠性是有限的:一方面是由于超疏水材料表面的低表面能物质易受阳光,臭氧等氧化物腐蚀;另一方面是超疏水材料表面的微纳复合结构易受摩擦,切割等机械力的破坏。为了提高超疏水材料的稳定性,科学家们成功的将自修复性能引入到超疏水材料中,制备出自修复超疏水材料。然而,现有的超疏水材料要么仅能修复单一的损伤类型,要么需要高温条件才能同时修复机械损伤和化学损伤。现阶段,能同时修复多种损伤的自修复超疏水材料的制备依然是一个挑战。

  针对以上问题,吉林大学李洋副教授团队以氨基封端聚二甲基硅氧烷(NH2-PDMS-NH2)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为原料合成了可室温自修复的疏水超分子聚合物PDMS-PUa(图1a)。随后将PDMS-PUa,多壁碳纳米管,氯化钠在四氢呋喃中混合,固化成型并除去盐模板,制备出多孔的自修复超疏水材料MCNTs/PDMS-PUa(图1b)。研究结果表明,MCNTs/PDMS-PUa具有良好的超疏水性能,化学稳定性和热稳定性。MCNTs/PDMS-PUa的静态接触角和滚动角分别为153.2°和5.6°,即使在1%的CH3COOHNa2CO3溶液中浸泡12 h依然保持良好的超疏水性能;此外,在60 条件下放置72 h,MCNTs/PDMS-PUa的多孔结构没有任何塌陷,接触角和滚动角也没有发生变化,保持初始的超疏水性能。

图1. (a) PDMS-PUa的合成路线。(b) MCNTs/PDMS-PUa的制备过程示意图。

  由于PDMS-PUa在室温下既具有良好的分子运动能力,因此,当其受到化学腐蚀而导致其超疏水性能丧失后,MCNTs/PDMS-PUa内部的PDMS-PUa分子在自由能的驱动下扩散到受损的表面,恢复材料原始的表面物质组成及超疏水性能(图2a)。如图2b所示,当受到等离子刻蚀的MCNTs/PDMS-PUa在室温条件下储存放置48小时之后,MCNTs/PDMS-PUa表面的水的静态接触角从0°恢复到150.9°,滚动角也恢复到6.8°,证明MCNTs/PDMS-PUa在室温下修复化学损伤的能力。更重要的是,由于PDMS-PUa聚合物分子间氢键的动态可逆性,当两个损伤的断面相互接触时,断面PDMS-PUa聚合物分子之间再次形成氢键从而修复受损的MCNTs/PDMS-PUa (图2c)。如图2d所示,当把切为两半MCNTs/PDMS-PUa重新接触在一起并在室温下储存放置72 h,MCNTs/PDMS-PUa重新连接在一起并且可以承受自身的重量。切痕修复区域的接触角和滚动角分别恢复到153.1°和5.9°

图2. (a) MCNTs/PDMS-PUa修复化学损伤的示意图。(b) MCNTs/PDMS-PUa室温修复化学损伤前后的接触角。 (c) MCNTs/PDMS-PUa修复机械损伤的示意图。(d) MCNTs/PDMS-PUa室温修复机械损伤前后的照片。

  由于其稳定的多孔结构和超疏水性能,MCNTs/PDMS-PUa可以用于清除水表面漂浮的油污。此外,得益于MCNTs/PDMS-PUa的自修复能力,MCNTs/PDMS-PUa可以在受到化学腐蚀和穿刺后依然保持高效的油水分离能力。

  以上相关成果以“Superhydrophobic Foams with Chemical- and Mechanical-Damage-Healing Abilities Enabled by Self-Healing Polymers”为题发表在《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。论文的通讯作者为李洋副教授

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b11858

版权与免责声明:欢乐时时彩原创文章。刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:info@stageastar.com,并请注明出处。
(责任编辑:xu)
】【打印】【关闭

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯
更多>>科教新闻