超疏水功能涂层材料研究获进展

近日,中国科学院兰州化学物理研究所利用简便、经济、实用的复合有机涂层材料制备方法,在铝、铜、钢等金属材料表面构筑出了具有微距纳米结构的超疏水表面功能涂层材料,解决了超疏水涂层材料在工程应用中构筑方法复杂、工程实用困难的关键技术问题。     

超疏水涂层的研究进展

总结了近年来国内外制备超疏水涂层材料的类型、超疏水涂层的制备方法以及超疏水涂层在某些领域中的应用,并对超疏水涂层的未来发展趋势进行了展望。     

由无机特殊表面结构构造的超疏水材料

超疏水材料因在自清洁、防腐蚀、防冰附以及减阻等功能上具有广泛的应用,吸引了越来越多的关注。近年来,无机材料因易于构造具有特殊形貌的高比表面结构,在超疏水领域中显示出独特的优势。本文在简要介绍超疏水现象的定义、发展与应用的基础上,综述了超疏水理论的三个经典模型,并对国内外部分已商业化的超疏水材料进行了分析和总结。重点概括了不同种类无机材料构建的超疏水表面的研究进展。最后,本文总结了目前超疏水材料在制备过程中存在的一些问题,针对性地提出该领域未来研究的两个主要趋势：从仿生角度改进材料设计,制备集强附着力与耐久性于一体的多功能复合涂层;降低制备成本以推动产品的规模化和实用化。     

超疏水表面涂层研究进展

超疏水表面具有自清洁、非湿润等特性,在涂饰、防水和生物医药材料等许多领域中用途广泛。从超疏水表面的制备方法和相关的理论分析方面综述了超疏水表面的研究新进展,指出超疏水表面涂层研究中存在的问题,并对超疏水表面研究的未来的发展进行了展望。     

超疏水抗菌表面的研究进展

超疏水抗菌表面将疏水材料的特殊浸润性能与抗菌材料的优异杀菌性能结合,通过"双重保险"实现建筑、器械、织物等多种材料表面的长久抗菌,对保护人们身体健康及延长材料使用具有重要的作用.该文介绍了无机、有机、无机-有机三类超疏水抗菌表面的制备方法,综述了其在油水分离、涂层防污、医疗卫生应用领域的研究进展,最后对超疏水抗菌表面的发展进行了展望.     

基于单宁酸制备可喷涂超疏水材料

通过正硅酸乙酯水解合成了二氧化硅纳米粒子并形成凝胶颗粒,加入单宁酸以优化其形貌,以六甲基二硅氮烷为表面改性剂,合成了具有低表面能的超疏水喷涂材料。并用动态光散射仪(DLS)与扫描电镜(SEM)对其表征。将其分散于乙醇,并对纸张、玻璃、铝箔、木板、棉质纺织物、塑料泡沫等常见表面进行喷涂,均在短时间内构成了超疏水表面,水接触角均在150.0°以上。随后,考察了所制备超疏水涂层在受外力破坏后的自修复性与耐磨性。结果显示:1 g/L的喷涂液仅需喷三层即可构建超疏水表面,得到的涂层具有良好的透明性;超疏水涂层在受外力损坏后可用有机溶剂进行快速简易的自修复;且喷涂后的玻璃片在砂纸上负重磨损距离达到1000 mm后,接触角从153.5°降至105.5°,再喷一层即可恢复到154.0°。     

耐久型超疏水表面的研究进展

超疏水表面因其特殊的润湿性和广泛的应用引起了人们的关注。然而,在使用过程中超疏水表面容易受到机械作用或化学攻击的影响,造成低表面能物质的缺失或微纳粗糙结构的破坏而丧失超疏水性能。因此,如何构建耐久型超疏水涂层是超疏水领域的一个巨大挑战。基于此,本文主要从耐磨和自修复两个角度综述了耐久型超疏水表面的最新研究进展。首先,从引入化学键、引入弹性材料和利用基材表面构筑微纳粗糙结构等方面总结了提升超疏水表面耐磨性的途径。其次,从低表面能物质的自修复、微纳粗糙结构的重构以及本体自修复等方面总结了超疏水表面自修复性的实现途径。并对耐久型超疏水表面的产业化状况进行了讨论。最后,对耐久型超疏水表面今后的发展进行了展望,以期为制备应用广泛的耐久型超疏水表面提供参考。     

超疏水性涂层的研究进展

简述了超疏水性表面的基本原理,分别从低表面能材料和涂层表面微细粗糙结构的构建两个方面,对超疏水性涂层的制备技术和最新成果进行了概括,并展望了其应用前景。     

超疏水纳米涂层材料的制备及其在钢筋防锈中的应用

针对钢筋混凝土结构工程建设中的预布置钢筋容易生锈问题,本文在温和条件下制备出一种超疏水纳米涂层材料,采用扫描电子显微镜、红外吸收光谱、热重和接触角测量仪对材料进行结构表征,结果表明,制得的超疏水纳米涂层材料由致密的纳米颗粒组成,外观呈液态,具有良好的可施工性、热稳定性和超疏水性能。将表面涂刷过超疏水纳米涂层材料的钢筋置于中性盐雾环境中,试验结果表明超疏水纳米涂层材料能够减缓预布置钢筋生锈。     

改性SiO2/聚硅氧烷无氟超疏水涂层的制备及性能

为了提高基体材料的防污能力,在基体表面制备了一种无氟超疏水复合涂层。首先,使用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)对二氧化硅(SiO_2)微纳米颗粒进行疏水改性,其次,将改性后的SiO_2颗粒与有机硅烷混合,利用硅烷的水解、聚合在基体材料的表面得到一层稳定的无氟超疏水复合涂层。采用FTIR、TGA、SEM、AFM和接触角测量仪对涂层的化学组成、表面微观结构和疏水性能进行表征。结果表明:复合涂层表面具有微纳米尺度的粗糙结构,并具有优异的自清洁性和耐磨损性;未磨损前接触角达151°,磨损100周次后接触角进一步提高至161°。     

超疏水表面制备技术的研究进展

对固体表面浸润性的基本理论及超疏水表面制备技术进行了概括,简单介绍了本研究小组最新研制的一种超疏水涂层材料制备技术。     

仿生超疏水表面的制备与应用的研究进展

近些年,受自然界中具有超疏水性表面的动植物的启发,在结合外部环境的影响并充分考虑表面化学组成与表面微观结构的基础上,科学研究工作者们已经探究出超疏水性表面的制备方法,并成功制备出超疏水性能表面。伴随研究者们对超疏水性表面更加深入的研究,众多制备超疏水表面的方法不断出现,本文介绍了影响表面润湿性的因素,归纳超疏水涂层表面的6种常用的制备方法,其中包括等离子体法、刻蚀法、溶胶-凝胶法、沉积法、模板法、层-层自组装法等方法,以及超疏水表面在流体减阻、防积雪防冰冻、防腐蚀、油水分离等方面的应用情况;并对超疏水将来的发展进行了展望。应进一步研究力学性能的稳定性、被损的自修复能力等。     

防紫外线超疏水织物涂层构筑及性能

以羟基氟硅油、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)为原料,制备了含双键的聚氨酯,在整理液中添加紫外线吸收剂(UVA400)和纳米二氧化硅颗粒,以提高涂层的紫外线防护效果和表面粗糙度,通过紫外光引发双键自由基聚合构筑防紫外超疏水织物涂层,并对材料进行了FTIR、SEM、疏水性及紫外线防护性能测试。结果表明:羟基氟硅油和PETA引入到了聚氨酯分子链中;织物表面具有微纳米状凸起,形成了粗糙的表面涂层。当整理液固体组分中w(SiO2)=15%,w(UVA400)=1.5%时,涂层织物的接触角为154?,滚动角为9?,紫外线防护系数(UPF)为72,紫外线A(UV-A)波段的透过率为2.96%,具有超疏水和紫外线防护性能;涂层织物经120h加速老化实验后,接触角为155?,UPF为117,UV-A波段的透过率为2.68%,具有良好的耐久性。     

自修复超疏水多功能协同作用涂层研究进展

自修复超疏水涂层是近年来多功能涂层研究的热点之一。文中总结了超疏水自修复涂层的修复机理,包括表面形貌的恢复和低表面能物质的补充。表面形貌的恢复可采用动态化学键和气体补偿来实现;低表面能物质的补充依靠在外界条件刺激下表面能驱动底层的低表面能物质迁移至涂层表面。目前有利用形状记忆合金实现大尺度结构损伤自修复、减少对外界刺激依赖实现自主自修复进程、利用分子结构设计自修复、多层光滑浸渍多孔表面(SLIPS)设计自修复等新的研究方向。同时介绍了自修复超疏水性能结合其他功能的多功能协同作用涂层的应用,包括超疏水自修复多功能纤维、超疏水防腐蚀自修复涂层和超疏水导电自修复涂层,各个功能间不是简单的叠加而是协同作用使涂层整体性能达到最佳,这为多功能涂层的设计提供了新思路。最后展望了自修复超疏水涂层的发展方向。     

硅烷偶联剂表面改性二氧化钛粒子超疏水性能

针对无机二氧化钛(TiO2)粒子在有机体系中的分散性问题,采用硅烷偶联剂KH-570对无机填料钛白粉(二氧化钛,TiO2)的表面进行有机化改性;并通过红外光谱(FTIR)、接触角测试、沉降实验、扫描电子显微镜(SEM)等手段表征表面改性TiO2粒子的结构,测试其超疏水性能,分析超疏水表面形成的机理。结果表明,经KH-570表面改性的TiO2粒子的疏水性和分散性得到明显改善,当KH-570质量分数达到15%时,表面改性的TiO2涂层与水的静态接触角达152.5°,表现出良好的超疏水性能。     

表面疏水化热塑性淀粉材料的性能

用含有异氰酸酯基的预聚体对热塑性淀粉材料（TPS）表面进行了疏水化处理。研究了除层与TPS表面的反应性、涂层的疏水性能以及力学性能。红外光谱（IR）分析结果表明，预聚体与基体TPS之间进行了反应,为反应性涂层；TDI／蓖麻油体系涂层样品表面的疏水性能与TPS相比有很大的改善，而TDI／PEG涂层样品表面的疏水性差；另外，涂层对材料起到一定的增强作用。     

超疏水材料制备研究进展

对超疏水材料的表面疏水机理以及近几年超疏水材料制备的研究进展进行了综述,目前超疏水材料制备的方法日益成熟,越来越多简单便捷的方式出现,但还是有很多不足例如有些方式不适宜大规模生产,预计以后会有更多会更贴合实际的方式方法。同时提出了所介绍制备方式的不足之处并且对未来发展进行了展望。     

3D打印技术在超疏水材料制备中的研究进展

超疏水材料已被应用于生物医学、环境处理、能源利用、建筑交通、电子器件等重要研究领域。随着3D打印技术的快速发展，其在超疏水材料制备中开始发挥关键作用，然而相关评述文献相当匮乏。首先，结合超疏水浸润理论和构筑机理(表面形貌和表面化学),文章回顾了当前超疏水材料的主要制备技术(喷涂法、浸涂法、溶胶凝胶法等),并简要分析了相关技术方法的差别。第二，深入总结了超疏水材料制备中目前存在的问题(机械耐用性、绿色环保性、规模化制备、复杂精细化等)以及阐述了3D打印的技术优势。第三，重点综述了不同3D打印技术在超疏水材料制备中的研究进展。最后，对3D打印超疏水材料的未来发展进行了总结展望。3D打印在智能化、规模化、精确化制备上展现出独特优势，并在打印材料、打印模式、打印速度、成本控制、绿色制备、设备寿命、纳米级分辨率、应用兼容性等方面还具有一定的发展空间，可极大促进超疏水材料的工业应用。     

仿生超疏水表面在建筑和生物医药领域的研究进展

仿生超疏水表面材料具有特殊微纳米结构,相比一般的材料具有优秀的性能和特殊的性质。目前人们已经制备出诸多具有防污、抗冻、微流体、生物医药等特性的仿生超疏水表面材料。文章综述了仿生超疏水材料制备的经典模型和方法,重点介绍了仿生超疏水材料在建筑和生物医药领域的研究进展,如:提高建筑防污耐水性能,增加材料浮力,提高管道运输能力,控制药物释放,控制蛋白质的吸附和生长,控制细胞生长行为,提高血液相容性等。最后对仿生超疏水性表面材料在建筑和生物医药领域的研究进行了展望。     

超疏水SiO2@OTES自清洁涂层的制备及性能

以纳米二氧化硅颗粒、正辛基三乙氧基硅烷(OTES)和硅烷偶联剂KH560为前驱体,采用溶胶凝胶法制备了超疏水SiO₂@OTES自清洁涂层。在酸性催化剂及有机溶剂中,OTES、KH560将纳米颗粒表面由亲水改性为疏水。探究了纳米SiO₂、OTES、KH560三种原材料含量对超疏水涂层润湿性能的影响。结果表明,当掺杂3.5 g纳米SiO₂,8%的OTES与2%的KH560时,涂层达到最佳疏水效果,其接触角为(154±1)°,滚动角为(3.3±0.5)°。采用SEM、FTIR红外光谱仪、X射线光电子能谱(XPS)对超疏水SiO₂@OTES材料的表面形貌与化学成分进行了表征。实验表明制备出的超疏水SiO₂@OTES自清洁涂层具有良好的自清洁防污、耐低温与耐磨性能,且将涂层回收重新制得的表面仍具有超疏水性。