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  隨著科學技術的快速發(fā)展，多種超疏水表面被制備出來，在自清潔、防霧、防冰、防腐蝕等方面有著廣闊的應用前景。將超疏水表面構造在網狀或多孔性物質上，可以實現油水分離，這在控制或減輕由石油頻繁泄露所引起的海洋污染方面展現出巨大的應用潛力，十分有助于保護海洋環(huán)境和推動海洋產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展！

  然而，目前制備油水分離材料大多存在著工藝過程繁瑣、儀器設備昂貴或需引入有毒的含氟特殊單體等缺點，在較大程度上限制了其實際應用。

  最近，華南理工大學曾幸榮教授課題組李紅強副教授發(fā)現了一種成本低、無污染、無氟、效率高且簡單易行無需復雜設備的構造基于織物的超疏水表面的方法。該研究發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上，第一作者為蘇曉競。

圖1 超疏水織物的制備示意圖

  該方法采用價格便宜的正硅酸乙酯（TEOS）和含端羥基的聚二甲基硅氧烷（PDMS）為原料，以揮發(fā)性的鹽酸為催化劑，通過氣-液溶膠凝膠法直接在織物上構造出PDMS@二氧化硅（SiO2）有機無機超疏水表面（圖1）。PDMS作為低表面能物質，能夠賦予表面疏水性；而TEOS通過吸附揮發(fā)的酸發(fā)生溶膠凝膠反應，生成的納米SiO2顆粒由于與PDMS較大的極性差異會逐漸發(fā)生微相分離，形成PDMS@SiO2微聚集體從而構造粗糙度，賦予織物超疏水特性；同時SiO2上的硅羥基也會在酸的作用下進一步與PDMS上的端羥基發(fā)生反應，形成以微聚集二氧化硅為交聯點的網絡結構，賦予織物優(yōu)良的耐久性。通過不同反應時間下的織物掃描電鏡圖發(fā)現，反應前期以TEOS的水解和縮聚反應為主，而后期以SiO2和PDMS的羥基縮合為主（圖2），整個反應過程僅需60min。

圖2織物在不同反應時間下的掃描電鏡圖（a、b、c和d分別對應0min、20min、40min和60min）

  進一步研究發(fā)現，超疏水織物在水、各種有機溶劑、強酸、強堿、沸水和冰水中長時間浸泡后仍能保持優(yōu)良的疏水性能。令人驚奇的是，該織物即使經過超聲18h、洗滌96個循環(huán)或磨損600個循環(huán)后，接觸角仍大于150°（圖3）。此外，將超疏水織物用于油水分離，表現出優(yōu)良的分離效率和可循環(huán)使用性。該方法具有成本低廉、綠色環(huán)保、操作簡便、無需復雜設備等優(yōu)點，且制備的超疏水織物具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和力學耐久性，即使在嚴苛的環(huán)境下也能保持長期的超疏水性。

圖3 超疏水織物的化學及力學穩(wěn)定性

  此外，該課題組還通過簡單的化學置換反應、浸泡和紫外光固化在鐵片上制備出了基于聚硅氧烷的超疏水表面，水接觸角達153.5°。經紫外光輻照180min，其水接觸角可降低至0度，呈現超親水性質；而在放置7天時間后，該表面又可逐漸恢復至140°，重現良好的疏水性（圖4）。這主要歸因于在紫外光輻照下親水性類二氧化硅層的生成和儲存過程中小分子有機硅氧烷鏈段向表面的遷移。通過此方法在鐵絲網上構造超疏水表面后可用于油水分離，分離效率約97%。此項工作發(fā)表在2017年初的《ACS Applied Materials& Interfaces》上，第一作者為蘇曉競。

圖4超疏水鐵片的潤濕性轉變

  論文鏈接：

  http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b08920

  http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b13901