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ISSN: 2321 - 6212
1国家与地方联合工程研究中心的混合应用技术纳米材料开封河南大学,475004年,中国的公关
2伦敦大学学院化学系,20戈登街,伦敦,英国WC1H 0 aj,
收到的日期:18/10/2016;接受日期:03/11/2016;发布日期:10/11/2016
DOI: 10.4172 / 2321 - 6212. - s1 - 003
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超疏水材料的发展阻碍了他们对机械磨损和石油污染。这里,为了解决这些问题,我们准备好的健壮的疏水性和superoleophilic二氧化硅/聚四氟乙烯散装材料具有良好的适应性和可补救。去掉外层被磨蚀损坏或污染石油superhydrophobicity造成几乎没有损失。更重要的是,这个散装材料展示了可持续superhydrophobicity强酸、强碱的条件下。此外,获得的散装材料疏水性和superoleophilic,这意味着它可以有选择地吸收油油水混合物。这散装材料容易可补救预计将满足未来实际应用的要求。
超疏水;Superoleophilic;散装材料;可补救
超疏水表面在自然界中,水接触角(CA)大于150°和展示几乎没有胶的水滴,有大量的应用程序在腐蚀防护涂料雷竞技网页版(1- - - - - -3),自清洁表面(4,5),油水分离,6- - - - - -8)防冰(9,10),不润湿织物(11,12),液滴运输(13],光子应用[14),等等。然而,这些自然的或人工超疏水表面微/纳米结构很容易被一些低负载接触,如手指接触,磨损和洗涤周期。雷竞技网页版可怜的机械耐久性一直是他们的实际应用的主要障碍15,16]。此外,与活着的生物表面仿生防水材料,一旦遭到破坏,很难夏枯草[17]。总之,寻找一个有效的方法来减轻机械损伤非常紧迫。不久前,已经开发出了一些方法来解决机械损伤的问题(18- - - - - -22]。压缩的疏水性金属粒子,Larmour等人制备超疏水复合材料与机械的耐用性和容易可补救。高钙仍保留即使意外损坏,和疏水性污垢后可以恢复磨损(23]。使用一种弹性聚氨酯材料,苏et al。24]获得superhydrophobicity有良好的耐磨性。
在这项研究中,我们演示了一个简单的方法制备的超疏水SiO2/聚四氟乙烯纳米复合材料散装材料疏水性二氧化硅纳米颗粒的混合物的压缩和聚四氟乙烯(PTFE)粒子。超疏水散装材料的化学稳定性调查沉浸在强酸性或碱性溶液对不同时间。发现样品有更好的耐蚀性比碱性溶液在强酸性溶液。此外,好了超疏水表面还演示了superoleophilic属性和可用于选择性地吸收油从油/水混合物。重要的是,不润湿性质可以通过一个简单的恢复再生过程一旦superhydrophobicity丢失。容易可补救的引入到超疏水表面会减轻问题造成的机械损伤或石油污染,预计未来满足实际应用的要求。
疏水性SiO2纳米粒子用于本研究准备通过水解反应,其次是表面与三甲基官能团。详细的制造过程和疏水SiO的结构特征2讨论了纳米粒子在我们之前的报道工作25]。聚四氟乙烯粉末是由阿尔法蛇丘公司提供。机械磨损进行了使用标准800 -网砂纸。
SiO2/聚四氟乙烯纳米复合材料被直接混合制造聚四氟乙烯粉二氧化硅纳米粒子和冷榨。一个典型的过程如下。聚四氟乙烯粉第一次彻底与SiO混合2粉磨的20分钟。SiO的质量比2聚四氟乙烯是1:4。2.0 g的混合物被放置成一个模具,然后在3分钟30 MPa的压力形成密集的散装材料。然后,平整散装材料是由一个800 -网标准砂纸摩擦得到超疏水表面。
SEM图像获得使用地产- 6701 f场发射扫描电子显微镜(FESEM、JEOL、日本)。和散装材料的化学成分研究使用x射线光电子光谱学(XPS)对φ- 5702电子。水CA和滑动角(SA)测量使用DSA100 CA工具与5μL(德国)滴水或其他腐蚀性液体。平均CA和SA值是通过测量获得的相同的样本在至少五个不同的位置,与数码相机和图像捕获(松下、DMC-ZS20)。
图1一个显示了水滴的照片放置在材料表面。表面疏水性,水滴可以表现出近似球面形状和水CA和SA值为157°±2和3分别±1°。令人惊讶的是,大部分的内部材料还显示了出色的superhydrophobicty。削减散装材料维持原来的表面superhydrophobicity,显示同样高明显CA(156±2°),如图所示图1 b和c。可以看出图1 d浸没在水中时,大部分材料表面就像一片镜子看掠射角。这个镜面现象是由于水和超疏水表面之间形成空气胸饰(26]。
图1:水滴的照片(a)在刚做好的散装材料表面与水CA 157±2°,横截面(b)和(c)在散装材料与水的内部CA约156.3°±2。(d)镜面现象时可以观察到的大部分物质淹没在水里。
做好准备对图像的SiO2/聚四氟乙烯散装材料所示图2。可以看出图2一个表面相对光滑,除了一些不规则的集群,随机分配。图2 b高倍率的图像,显示许多聚合纳米粒子的直径约100海里,表现出纳米级粗糙度。有趣的是,我们发现图2 c和2 d大部分材料的内部包含测微尺度表面粗糙度特性是相似的。相信疏水SiO的聚合2表面粗糙度和聚四氟乙烯纳米颗粒的结果,进而影响表面的润湿性。
图2:对其表面的图像(a, b)和(c, d)的内部和散装材料在不同的放大。
XPS分析的表面成分进行了确定和SiO2/聚四氟乙烯样品。所示图3,如果2 p的XPS山峰,如果2 s, C 1 s, O 1 s和F 1 s清晰可见,表明疏水SiO2和聚四氟乙烯表面上共存。F 1 s的峰值位于689.55电动汽车,这是符合公认的结合能值F聚四氟乙烯(27]。除此之外,它还可以看到,如果2 p的峰值103.6 eV归因于SiO2完全。
图3:XPS测量光谱的散装材料表面。
除了改善机械耐用性,一个有效的替代方式应该简单加工或简单的可修性等优点。然而,有趣的是,准备的散装材料可以很容易地更新superhydrophobicity当被机械划伤或损坏石油污染。图4显示表面润湿性能的变化如果它是由石油或损坏故意犯规的手指。当十四烷滴下降的散装材料,它蔓延速度很快见图4一,表明石油CA几乎0°。可以看出图4 b水由十四烷CA后显著降低污染。另一个实验是由温柔地与食指中间的样品(图4 d)。的结果图4 e表明,压缩显然会削弱它的防水性,水滴坚持垂直的表面。更有趣的是,不润湿性质可以很容易地恢复了一个简单的切除受损的表层的再生过程。所示图4 c、4 f,CA的superhydrophobicity大于150°恢复后暴露的内部散装材料。这容易再生预计将满足未来实际应用的要求。
图4:损失和再生的superhydrophobicity散装材料。(a)的传播十四烷散装材料表面上的液滴;(b) oil-fouling表面上的水滴与CA 88º;(c)的再生superhydrophobicity通过移除oil-fouling层;(d)一个手指按下大部分表面;(e)表面失去了superhydrophobicity和水滴坚持表面;(f)的再生superhydrophobicity通过删除破坏层。
注意,当一滴石油醚是放置在样品表面,很快就卷入内部油CA 5º,显示superoleophilic财产。因为大部分材料超疏水和superoleophilic,它可以用来去除油的水。见图5 a-5c,大部分材料可以有选择地吸附轻油(低密度比水)漂浮在水面几秒。取出样品时,油绝对是吸引和水变得清晰。也观察到类似的现象吸收重油(更高的密度比水)从水所示图5 d-5f。几乎所有的氯仿沉没在水里可以被吸收到散装材料。吸收能力是通常用于测量油的重量,可以被超疏水材料。这里的吸收能力被定义为(msaturated-minitial) / minitial [28]。发现个人,个人的吸收能力不同,主要取决于油或有机溶剂的密度。所示图6、吸收能力与密度差异很大。也就是说,更大的比重,更大的吸收能力。
图5:的光学图像去除石油醚(a - c)和氯仿(d-f)水的散装材料。石油醚和氯仿是用石油红色标记清晰观察。
图6:条形图显示好了样品的吸收能力不同类型的油或有机溶剂。
重要的是,好SiO2/聚四氟乙烯散装材料可以用作耐腐蚀表面,这是一个非常有用的在我们的日常生活中的应用。所示图7水,表面保持极端的排斥性即使测试液的pH值变化从1.0到14.0,表明大部分材料具有良好的耐蚀性。为了稳定,更深入的了解我们调查了润湿性进化散装材料浸泡到一些腐蚀性介质。图7 b-7c显示水CA的散装材料的函数在酸性和浸泡时间碱性分别的解决方案。可以看出,CA降低逐渐随着浸泡时间的增加是否在解决方案的酸碱2 - 13所示。当酸溶液中的浸泡时间达到50分钟,大部分材料表面仍然保持着与CA superhydrophobicity超过150º。然而,CA显著减少到145º的进一步增加浸时间60分钟,表明water-repellence的退化。所示图7 c,CA的散装材料仍大于145º,尽管它已经在碱性液体浸泡60分钟。这个结果是非常重要的对于散装材料的应用与可持续的疏水性腐蚀性液体。
图7:pH值之间的关系散装材料表面的水滴和CA (a)。水CA的散装材料浸渍时间的函数在酸性(b)或碱性(c)的解决方案。
我们已经开发出一种简单、廉价和超疏水SiO省时的方法制造2/ PTFE超疏水材料。获得的材料可用于将油从水面,因为它superhydrophobicity superoleophilicity。此外,材料表面显示,而稳定superhydrophobicity腐蚀性介质,特别是在酸性条件下。犯规时,重要的是,石油或受到外部力量,其superhydrophobicity可以很容易地通过删除破坏层中恢复过来。所以,在可预见的未来,容易可补救的引入将打开一个新途径来延长寿命的实际应用超疏水表面。
这项工作得到了国家自然科学基金(批准号21403055);NSFC-HN联合人才培养基金(批准号U1304529)。
