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  超疏水表面由于其在處理界面問題上的獨(dú)特優(yōu)勢，而引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注和研究興趣，例如：防粘、自清潔、抗菌、抗結(jié)冰、防腐蝕、微反應(yīng)器等。古有詩詞“出淤泥而不染，濯清漣而不妖”，這其中描述的就是“荷葉效應(yīng)”。荷葉表面因其具有特殊微/納米多級乳突結(jié)構(gòu)和低表面能蠟質(zhì)的協(xié)同作用而表現(xiàn)出優(yōu)異的低粘附力超疏水性能。超疏水性能是由低表面能化學(xué)物質(zhì)的疏水性協(xié)同多級糙化結(jié)構(gòu)的結(jié)果，因此以這兩個因素為出發(fā)點(diǎn)是制備超疏水表面的關(guān)鍵。基于紡織品的超疏水表面尤其受到關(guān)注，而賦予紡織品多功能化也越來越重要，以滿足其在各種工作環(huán)境下的多重應(yīng)用需求。此外，較差的機(jī)械穩(wěn)定性也一直阻礙了其在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用進(jìn)展。同時，通常制備超疏水表面具有諸多不足之處，如：設(shè)備要求苛刻、操作復(fù)雜、成本高等，特別是對于紡織品而言。因此，通過簡單易操作、成本低廉、環(huán)保的工藝制備具有粗糙形貌結(jié)構(gòu)可控、優(yōu)異牢度的多功能超疏水織物，依舊是一個很大的挑戰(zhàn)。

  鑒于此，蘇州大學(xué)李戰(zhàn)雄教授課題組和新加坡國立大學(xué)Tan Swee Ching教授課題組基于重氮自由基聚合的方法，以含不同官能團(tuán)的芳香聚合單體對棉織物進(jìn)行接枝改性，巧妙的通過VC二次還原在纖維表面成功構(gòu)筑了具有不同形貌的多級糙化結(jié)構(gòu)，利用其金屬的獨(dú)特性能進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了具有不同優(yōu)異特性的多功能超疏水紡織品的成功制備，例如：展現(xiàn)出優(yōu)良的自清潔、自愈、抗紫外線、抗結(jié)冰和抗菌等功能。

圖1. 多功能超疏水織物圖文摘要示意圖

圖2. 不同芳香重氮自由基單體調(diào)控金屬有機(jī)復(fù)合材料纖維表面原位構(gòu)筑多級糙化結(jié)構(gòu)紡織品的反應(yīng)機(jī)理圖及電鏡圖。

圖3. (a) CF的ATR-FTIR，(e) XPS和(i)XRD光譜圖，NO₂Ph-Cu_xO@CF, CF₃Ph-Cu_xO@CF和DCF₃Ph-Cu_xO@CF。NO₂Ph-Cu_xO@CF (b-d)、CF₃Ph-Cu_xO@CF (f-h)和DCF₃Ph-Cu_xO@CF (j-l)的XPS高分辨率C 1s、N 1s和Cu 2p光譜圖。

圖4. 不同芳香單體調(diào)控制備樣品的潤濕性能對比。

圖5. (a) CF₃Ph-Cu_xO@CF表面O₂等離子體濺射和高溫自修復(fù)機(jī)理示意圖。(b)在O₂等離子體濺射和自修復(fù)過程中制備的織物表面在超疏水(左)和超親水(右)狀態(tài)之間的可逆轉(zhuǎn)變。(c) 15次循環(huán)O₂等離子體和熱處理后織物WCA的變化。CF₃Ph-Cu_xO@CF織物的洗滌(d)和磨擦(e)耐久性能。

圖6. CF₃Ph-Cu_xO@CF自清潔(a)和油水分離(b:石油醚，c:四氯化碳)過程圖。(d)油水分離可回收分離循環(huán)性能和(e)不同油水混合物的分離效率。

圖7. (a) CF₃Ph-Cu_xO@CF的抗紫外線和防結(jié)冰性能示意圖。(b) CF和CF₃Ph-Cu_xO@CF的UV透過率曲線和(c) UPF、UVB和UVA值。(d)紅外相機(jī)記錄下的水滴表面溫度隨冷卻時間的曲線圖。(e-g)水滴凍結(jié)前、凍結(jié)中、凍結(jié)后的紅外圖像及其對應(yīng)的溫度和時間。

圖8. (a)孵育18小時后，不同稀釋倍數(shù)下瓊脂平板上形成的大腸桿菌菌落照片。(b) CF₃Ph-Cu_xO@CF抗菌性能示意圖。(c) CF₃Ph-Cu_xO@CF對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抗菌性能的耐皂洗牢度。

  小結(jié)：作者采用重氮自由基聚合法在室溫條件下協(xié)同Cu_xO糙化改性棉織物，制備得到了具有粗糙結(jié)構(gòu)形貌可控且耐30次皂洗和1500次機(jī)械摩擦牢度的多功超疏水織物，同時展現(xiàn)出優(yōu)異的自愈性、自清潔、油水分離、抗紫外線、防結(jié)冰、抗菌等性能。該方法操作簡單、反應(yīng)條件溫和、成本低廉，為制備多功能、高附加值紡織品，拓展紡織品實(shí)際應(yīng)用前景提出了一種實(shí)際可行的方案，并為替代長碳鏈全氟烷基聚合物接枝改性纖維原位“糙化”精確調(diào)控構(gòu)筑纖維表面涂層結(jié)構(gòu)，最大限度發(fā)揮其拒液性能指明了方向。

  相關(guān)成果以題為A facile strategy to prepare robust self-healable superhydrophobic fabrics with self-cleaning, anti-icing, UV resistance, and antibacterial properties的論文發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。其中論文的第一作者為蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院博士生李武龍，通訊作者為蘇州大學(xué)李戰(zhàn)雄教授，新加坡國立大學(xué)Tan Swee Ching教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金（No. 51673137），江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計劃項(xiàng)目（No. KYCX20-2665），中國國家留學(xué)基金委 （CSC, 202106920042）和江蘇省高等學(xué)校重點(diǎn)學(xué)術(shù)項(xiàng)目建設(shè)的支持。

  原文鏈接：

  A facile strategy to prepare robust self-healable superhydrophobic fabrics with self-cleaning, anti-icing, UV resistance, and antibacterial properties

  Wulong Li, Kexin Liu, Yaoxin Zhang, Shuai Guo, Zhanxiong Li*, Swee Ching Tan*

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137195

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722026845