“兩面神”薄膜:一面超疏水一面超親水
- 自然界中,荷葉、稻葉等材料表面呈現(xiàn)出不同超疏水特性。道法自然,人們基于仿生策略實現(xiàn)了系列材料超疏水表面的構(gòu)筑。然而,荷葉表面除具有超疏水特性——“荷葉效應(yīng)”之外,還呈現(xiàn)出表面超疏水、底面親水的“兩面神(Janus)”潤濕特性。
荷葉的兩面神潤濕特性
模擬荷葉表面這種特性進行具有顯著潤濕性差異Janus膜表面構(gòu)筑。近日,一個土耳其—德國聯(lián)合研究團隊以濾紙為多孔基底,通過單面修飾聚二甲硅氧烷(PDMS)/無機微納顆粒,簡便構(gòu)筑了具有超疏水/親水顯著潤濕性差異的“兩面神”膜。這種Janus膜具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性和柔韌性,同時保持良好的透氣性,在傷口處理等方面具有較大的應(yīng)用前景。 荷葉疏水表面的微觀結(jié)構(gòu)
研究人員選用Whatman No. 1濾紙和實驗室工程棉濾紙為基底材料,將PDMS、硅納米顆粒以及玻璃微球混合均勻后采用噴涂技術(shù)涂覆到基底表面,經(jīng)過120 ℃加熱交聯(lián)處理后PDMS共價接枝到濾紙表面。該側(cè)濾紙表面呈現(xiàn)出超疏水特性(接觸角163.1°± 1.2°)。同時,研究表明混入摻雜三種不同尺寸的無機顆粒(9−13μm、20−60μm、數(shù)納米)對于超疏水表面的構(gòu)筑十分必要,微米級尺寸和納米尺度的無機顆粒協(xié)同提供微納粗糙表面。
Janus膜的制備及表面形貌
研究發(fā)現(xiàn)加熱處理使得PDMS與基底產(chǎn)生共價鍵連接,進一步對“兩面神”膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行表征,結(jié)果表明在涂層制備過程中涂層組分滲透擴散至多孔濾紙內(nèi)部形成梯度化學(xué)改性結(jié)構(gòu);這一結(jié)構(gòu)特性有效地保證了“兩面神”膜的溶劑/水穩(wěn)定性?!皟擅嫔瘛蹦せ诘撞勘3钟H水特性,其整體保持較高的吸水率(80 g/m2)。 表面涂層機械穩(wěn)定性測試
該“兩面神”膜的制備方法簡便,易于大面積制備,適于商業(yè)化生產(chǎn),為紡織領(lǐng)域中的功能涂層、防水透氣織物等的開發(fā)提供了重要的研究思路。