科技前沿：兰州化物所基于硅烷和硅酸盐黏土矿物的特别润湿性材料研究取得系列进展

　   近些年，仿生技术超疏水、超双疏和超滑镀层等尤其润滑性镀层、原材料获得了迅速发展趋势。殊不知，现阶段以上仿生技术尤其润滑性原材料普遍现象机械设备牢固能力差、制取方式繁杂价格昂贵、低外型能液态易粘拥戴底材原材料脾气借助性好等题型，变成其实际运用的短板要素。

　　根据在氯硅烷高聚物尤其润滑性镀层、硅酸盐材料粘土矿物质以及纳米复合材料层面的科学研究累积，中科院兰州市有机化学物理研究所甘肃粘土矿物质应用研究重点实验室张俊平研究者精英团队在根据氯硅烷和硅酸盐材料粘土矿物质的尤其润滑性原材料科学研究获得系列产品进度（J Mater Chem A 2016, 4,13677-13725; J Mater Chem A 2016, 4, 953-960; J Mater Chem A 2015, 3,18475-18482）。制取了特性出色的氯硅烷高聚物纳米纤维（SNFs）超双疏、超滑镀层，不光滑外型氯硅烷高聚物牢固超疏水镀层，氯硅烷高聚物/粘土纳米技术复合型超疏水、超双疏镀层和氯硅烷高聚物超疏水、超双疏3D泡沫塑料原材料。

　　图1 (a) 根据长链氯硅烷的SNFs全透明超双疏镀层和 (b) 挥发造成的仿猪笼草超滑外型向仿菏叶超双疏外型的转变 

　　SNFs超双疏、超滑镀层 

　　根据简易地操纵羟基三氯硅烷的液相堆积或高效液相汇聚，可在各种各样外型上（如纯棉布、羊毛绒、绸缎、聚氨酯材料化学纤维、木料、纤维素酯、夹层玻璃、石英石、单晶硅片、铝合金和铝铂等）产生SNFs超疏水镀层（Angew Chem Int Ed 2011, 50, 6652-6656; Adv Funct Mater 2011, 21, 4699-4704）。殊不知，SNFs的制取一向限于小分子水氯硅烷，由于室内空间位阻比较大，长链甲基氯硅烷没法产生SNFs构造。根据引进正硅酸乙酯或四氯硅烷，减少缩聚反应的室内空间位阻，初次选用长链甲基氯硅烷制取了SNFs，一步反映制取了全透明超双疏镀层（Polym Chem 2014, 5, 1132-1139，背封面图，图1a）。

　　根据将低外型能全氟甲基丙烯酸酯液态溶合于氟化氢解决的SNFs外型上，制取了仿猪笼草超滑外型。科学研究注释，出液在超滑外型上的主题活动速率远远地低于在超疏水外型上的主题活动速率，并且美观的纳米技术结构设计和偏斜视角、低外型能润滑液的粘稠度和附面层板厚及出液的物理化学特性都是会对出液的主题活动速率造成很大的危害（Adv Funct Mater 2014, 24, 1074-1080）。此外，还对超滑外型上液体膜挥发造成的仿猪笼草超滑外型向仿菏叶超双疏外型转变的全过程开展了科学研究（Langmuir 2014, 30, 14292-14299，图1b）。发现如今向超双疏外型转变的环节中存有一个高黏附过渡态，各种各样外型能的出液在该衔接外型上面处在Wenzel情况，坚固黏附于外型，造成其缺失自洁净性，牵制其实际运用。

　　不光滑外型氯硅烷高聚物牢固超疏水镀层 

　　机械设备牢固能力差是限制超疏水外型和超双疏外型实际运用的短板要素。因此，根据氯硅烷的挑选并操纵反映标准，制取了新式氯硅烷高聚物；选用浸涂法制取了制冷剂r32牢固超疏水纺织物，具备出色的耐磨擦、耐机洗和耐干洗店特性（Chem Commun 2013, 49, 11509-11511; J Mater Chem B 2013, 1, 4756-4763，图2a）。在这个基础上，根据与带磁金纳米颗粒、催化氧化原材料和胆碱等融合，制取了带磁水和油断离海棉、催化氧化水和油断离原材料和自清理抗生物体黏附原材料等（ACS Appl Mater Interfaces 2015, 7, 4936-4946; Polym Chem 2014, 5, 2382-2390; ACS Appl Mater Interfaces 2014, 6, 11581-11588; Adv Mater Interfaces 2015, 2, 1500019，图2b）。

　　图2 (a) 氯硅烷高聚物牢固超疏水纺织物和 (b) 尤其润滑性塑料薄膜用以水质净化处理 

　　氯硅烷高聚物/粘土矿物质纳米技术复合型超疏水、超双疏镀层 

　　在以上分析工作的基本上，初次在氯硅烷缩聚反应全过程中引进凹凸棒石（ChemPlusChem 2013, 78, 1503-1509; Chem Commun 2016, 52, 2744-2747）和纳米碳管（Carbon 2015, 93, 648-658）等纤维纳米复合材料，生成了一系列新式氯硅烷高聚物纳米复合材料，取得成功地在多种多样底材原材料上制取了牢固超疏水、超双疏镀层，镀层反映出出色的机械设备、有机化学和自然环境牢固性和毫无疑问的自恢复性。科学研究注释，凹凸棒石在建造超疏水、超双疏镀层层面好于钠基膨润土、海泡石和高岭石等别的粘土矿物质。在这个基础上，扩展了其在药品缓控（Adv Mater Interfaces 2014, 1300136）和液态弹球（J Mater Chem A 2016, 4, 5859-5868，封面图，图3a）等方面的运用，完成了空气管控的口服药物缓控和不一样外型能液态弹球的可操纵备。除此之外，根据操纵氯硅烷在凹凸棒石外型的水解反应羟醛缩合，制取了水溶性超疏水镀层，反映出了出色的全面性能（Adv Mater Interfaces2017, 1700723，背封面图，图3b）。

　　图3 根据凹凸棒石的 (a) 超双疏镀层和 (b) 水溶性超疏水镀层 

　　玛雅蓝是一种具备漂亮颜色的有机化学-有机物复合型色浆，由凹凸棒石和一种来源于绿色植物的靛青分子结构复合型而成，古时候玛雅人将其普遍使用于墙壁画、陶瓷器和刻写中。玛雅蓝具备出色的牢固性，长时间累月的温度变化和湿冷的气体也没法使它退色。在早期类玛雅蓝色浆（Micro Meso Mater 2015, 211, 124-133; J Colloid Interface Sci 2015, 457, 254-263）和仿生技术自清理方式的研究基础上，科学研究工作人员初次将类玛雅蓝色浆与超疏水、超双疏镀层紧密结合，制取了颜色深厚的自清理（刺激性-掉色）类玛雅蓝色浆和镀层（J Mater Chem A 2016, 4, 901-907; ACS Appl Mater Interfaces 2016, 8, 27346-27352; ACS Appl Mater Interfaces 2017, 9, 1941-1952，图4）。超疏水、超双疏镀层的引进，显著发展了类玛雅蓝色浆的牢固性，并授予其自清理特性。

　　图4 (a) 根据类玛雅蓝色浆的五颜六色超疏水镀层和 (b) 有机溶剂致掉色自清理类玛雅蓝色浆 

　　 氯硅烷高聚物超疏水、超双疏3D泡沫塑料原材料 

　　与超疏水、超双疏镀层不一样，超疏水、超双疏3D泡沫塑料原材料具备与众不同的3D多孔材料，融合了仿生技术镀层的尤其润滑性和3D泡沫塑料原材料的多孔材料，在水和油断离等许多行业具备普遍的应用前景。现阶段，广泛选用外型涂敷的方法在传统式3D泡沫塑料原材料外型（如聚氨酯材料、三聚氰胺海棉等）引进超疏水镀层，超双疏3D泡沫塑料原材料报导非常少。因此，根据操纵氯硅烷的水解反应缩合反应，经一步反映或模版法制取了超疏水氯硅烷高聚物3D泡沫塑料原材料，反映出了出色的超疏水特性、牢固性和延展性（Chem Commun 2014, 50, 7831-7833; J Mater Chem A 2014, 2, 18281-18287，图5a）。在这个基础上，根据氟氯硅烷的进一步水解反应缩合反应，将其转变为超双疏氯硅烷高聚物3D泡沫塑料原材料，并进一步发展了其物理性能和耐热性（Adv Mater Interfaces 2016, 1600517，封面图，图5b）。此外，还根据NaCl模版法制取了PDMS高韧性3D泡沫塑料原材料。

　　图5 (a) 超疏水和 (b) 超双疏氯硅烷高聚物3D泡沫塑料原材料 

　　以上分析工作中获得了中国科学院百人计划、我国纯天然科学基金和江苏高新科技适用新项目的支助。

文章正文：兰州市有机化学物理研究所 

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