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哈工大在石墨烯基超浸润材料领域取得新进展

航天学院复合材料与结构研究所赫晓东教授、王荣国教授团队在石墨烯基超浸润材料的构建及超浸润性快速可逆转化方面取得新进展。

哈工大报讯(航天学院/文)近日,航天学院复合材料与结构研究所赫晓东教授、王荣国教授团队在石墨烯基超浸润材料的构建及超浸润性快速可逆转化方面取得新进展。研究成果发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials,影响因子:12.124)上,第一作者为博士生丁国民,指导教师王荣国教授和矫维成教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、我校青年拔尖人才选聘计划的资助。我校为该论文唯一署名单位。

什么是超浸润材料呢?自然界中的荷叶有强烈的斥水性能,以至于水滴可以在上面自由滚动,相反,一些藓类植物,如泥炭藓则具有极强的亲水能力致使其能够直接吸收水分以维持生存。受这些生物材料的启发而制备的具有超强斥水性(超疏水)或者超强亲水性(超亲水)的材料被统称为超浸润材料。超浸润材料在生活中已经被广泛应用,如滴落在雨伞上的雨滴会马上滑落,雨伞表面即为超疏水材料,而防雾镜表面一般会涂覆一层超亲水材料,使得水蒸汽不能在其表面形成水珠而是形成均匀水膜,从而实现防雾效果。通过外界条件,如紫外光辐照,等离子体处理及调控温度等,能够实现超疏水与超亲水间可逆转化的材料被称为具有可逆超浸润性的材料。由于浸润性的可控,这种“智能开关”在微流体技术、自清洁材料、水下油滴定向运输和收集等许多研究领域具有重要意义,成为当今浸润性领域最重要的发展方向之一。但是,由于目前技术的限制,具有可逆超浸润性的材料仍然面临着转化时间较长、转化工艺复杂等问题,严重制约着此类材料的发展与应用。

赫晓东教授、王荣国教授团队通过皮克林乳液技术和蒸汽溢出的简单方法研制出了一种具有超疏水性的石墨烯基材料OCGN。该材料通过等离子处理1s后便能从超疏水状态转化为超亲水状态,显著缩短了转化时间(文献可见报道最短转化时间为25s)。另外,具有超亲水性的OCGN在水下表现出超疏油性,并且其对水下油滴的黏附性可控,利用此种特性可完成水下油滴的定向运输。同时,该材料还具备通电发热的特性,仅在施加低电压的条件下,就能在短时间内达到高温状态。结合电热特性,该团队首次利用焦耳热在最短1min时间内实现了OCGN表面超疏水性的超快恢复。这种具有快速可逆转化的超浸润性材料在超浸润表面领域具有广阔的应用前景。

值得一提的是,该课题组在石墨烯基复合材料微结构设计与可控制备及功能性研究方面还取得了多项研究成果。前期已成功制备出了具有高灵敏气体传感性的零维石墨烯基复合材料(J. Mater. Chem. A. 2016, 4, 8198.);研制了一种能够快速检测气体的一维石墨烯基复合材料(Carbon. 2015, 95, 34);设计并制备了一种对水滴具有高黏附力和自我感知能力的三维石墨烯基闭孔微球分级材料(J. Mater. Chem. A. 2017, 5, 17325)及石墨烯定向排列增强的微结构有序复合材料(Compos. Sci. Technol. 2014, 99: 124和J. Mater. Chem. C. 2017, 5, 6359)。

原文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201706686/full

哈工大在石墨烯基超浸润材料领域取得新进展

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