拒液表面在理論研究和實際應用中都是最受關注的,例如防污、無損運輸、微流體、生物分析、液體收集、微反應器等。特別是防水表面發展迅速,實現了灰塵和水溶性污染物的快速去除。然而,由于油的表面張力較低,因此獲得拒油表面更具挑戰性。例如,原油泄漏后會緊密粘附在各種表面上,這會導致嚴重的底物污染,甚至可能使所有設備失效。此外,制備的涂層普遍希望具有強結合力、高透明度、優異的彎曲性和硬度。盡管已經在許多材料中實現了個別功能,但在不相互影響的情況下滿足所有要求仍然是一個主要挑戰。例如,難以同時滿足超疏油性、機械強度和透明度,限制了實際應用。
鑒于此,福州大學賴躍坤教授團隊和新加坡國立大學林志群教授報告了一種穩健的策略,通過合理設計半互穿聚合物網絡結構,在30秒內快速制造出無氟防油涂層(LPC)。所得涂層在空氣和水下均表現出很強的粘合能力,不僅提供了優異的拒油性(即使是對高粘度原油),還兼具出色的透明度、可彎曲性和機械穩定性。這簡單而有效的設計策略為制造具有理想特性和結構復雜性的多功能材料和設備開辟了一條新途徑,用于可持續防污、減阻、無損運輸、液體收集和生物醫學等領域。
涂層的結構及設計原理
圖1. 點擊反應一步制備過程
涂層的防污性能
圖2. 涂層的防污性能
涂層的粘附性能(結合力)
圖3. LPC涂層與基材結合能力強
涂層的機械性能
圖4. LPC涂層的機械耐久性和彎曲性。
總之,該研究報道了一種通過巰烯點擊反應構建半互穿聚合物網絡來制備類液體聚合物涂層的有效方法。涂層可在30秒內快速光交聯,制備時間大大縮短。新穎的結構設計不僅避免了復雜的接枝過程,而且賦予表面多種特性,包括優異的抗污性、強的界面結合、彎曲性和機械穩定性。尤其是,論是在空氣中還是在水下,該涂層在不同基材上的剪切強度高于大多數粘合劑,無如此強的界面結合在先前的拒液涂層實例中是前所未有的。制成的LPC涂層還具有其他引人注目的性能,包括在各種基材上的普遍適用性、無氟和高透明度。因此,該LPC涂層可廣泛應用于防污、減阻、無損運輸、自清潔、液體收集和通用粘合劑。這種半互穿聚合物網絡的巧妙設計策略為制備具有一系列非常理想的特性的拒液材料提供了一條快速可行的途徑,為具有理想特性和結構復雜性的多功能材料和設備開辟了一條新途徑,用于可持續防污、減阻、無損運輸、液體收集和生物醫學等領域。
課題組網站:https://yklai.fzu.edu.cn/index.htm
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202204581