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Matter:搭建功能纳米粒子与超疏水界面间的“万能”桥梁

2019年06月21日 点击:

“出淤泥而不染,濯清涟而不妖”是北宋思想家周敦颐对荷叶寄情于景的描绘。叶片上的污泥在雨滴的拍打下纷纷滚落的现象,也被归纳为自清洁效应或荷叶效应(Lotus effect)。2002年,中国科学家江雷研究员领导的团队首次证实,荷叶表面除了传统认识中的微米级突起结构,还存在相当可观的纳米粗糙结构。而此类微/纳米复合粗糙结构,正是构建稳定超疏水界面的关键要素。时至今日,经过几代材料人的努力,此类超疏水材料的设计原理已经被深度揭示及广泛验证。简单来说,(1)材料界面的微米/纳米复合粗糙结构和(2)低表面能的界面化学组成协同地实现了界面的超疏水性质。不光在传统的防水防污领域,此类材料在多相分离、防冰除雾、高效催化以及增强冷凝等领域都展现出极强的应用潜力。目前,针对超疏水材料的创新与发展,主要集中在耐久性提升、功能性增强、制备成本降低等方面。


为进一步提升超疏水界面的功能,天津大学化工学院曹墨团队联合中国科学院理化技术研究所吴雨辰团队,以商品化硅橡胶(聚二甲基硅氧烷,PDMS)为媒介(“胶水”),成功建立了对几乎任何微/纳米尺度粒子(“粉末”)都适用的超疏水界面构建方法——“胶水+粉末”法。作者选取了17类常见的功能微/纳米粒子作为研究对象,包括金属颗粒、金属氧化物、非金属氧化物、高分子材料等,证明了此超疏水化方法的普适性和高效性,进一步借助所选用纳米粒子的特殊性质,实现了多功能超疏水界面的设计及构建(图1)。相关成果近期发表在Cell Press旗下材料学旗舰期刊Matter 上。

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