可快速修复超疏水材料

超疏水表层在自清理、抗结冻、油水分离器、防腐蚀等领域具备潜在性运用使用价值，因此备受关注。可是超疏水表层遭受机械设备或有机化学毁坏后，易产生微纳米技术构造塌陷或低表面成分溶解，丧失超疏水特性，进而巨大减少了原材料的使用期限。在超疏水原材料中引进自修补作用是处理以上问题的重要途径。目前超疏水原材料为了更好地完成自修补作用一般必须长时间，并且只有修复因轻度机械设备或有机化学离子注入导致的毁坏。怎样完成受到破坏超疏水原材料的迅速自修补仍是试炼。

为了更好地处理这种问题，哈工大潘钦敏专家教授研究组根据设计方案连苯三酚改性材料聚羟基二甲基硅氧烷，在Fe3 、导电炭黑、二氧化钛金纳米颗粒存有下，产生以连苯三酚/铁配位键化学交联的超疏水原材料。研究发现，该原材料表层被等离子离子注入50秒后，其表面张力降至0°，但给原材料增加10V工作电压1分鐘后，其疏水性能就可以修复至154.8°，展现迅速自修补特点。原材料通过10次离子注入/插电后，其表层表面张力仍维持在152°（图2）。自修补的根本原因取决于插电造成的发热量使低表面成分从物料內部转移到表层。

图1. （a）超疏水原材料离子注入/修复照片，（b）多次离子注入/插电循环系统超疏水原材料表面张力转变

关键的是，该超疏水原材料遭受比较严重机械设备毁坏后也可保持迅速修补。在这里，科学研究工作人员用刮刀将原材料断开，随后将毁坏后的原材料两端对齐、触碰、并增加10 V工作电压，1 分鐘后原材料就可以完成宏观经济外貌和外部经济结构特征的修补，进而迅速修复了物理性能和超疏水特点。通过6次断开/插电后，原材料的表面张力仍维持在150度以上（图2）。研究表明：原材料迅速自修补的原理取决于聚羟基二甲基硅氧烷具备低玻璃化变化溫度，及其连苯三酚/铁配位键具备溫度依赖感。当溫度增高时，连苯三酚/铁配位键的硬度降低，有益于提升化学交联高分子材料链的行动工作能力，进而推动损坏高分子材料互联网的自修补。

图2. （a）超疏水原材料断开及修复照片，（b，c）修补地区的SEM图，（d） 超疏水原材料原始和修补后的应力应变曲线， （e） 多次激光切割修补后表面张力转变曲线图

该原材料还具备抗结冻特性。可运用插电方法迅速祛除原材料表层的冰块儿。例如在10V工作电压标准下，该原材料只需40 秒就可以将外表的冰块儿溶化并去除（图3）。

图3. 超疏水原材料迅速融冰相片

该分析結果为设计方案迅速自修补超疏水原材料给予了新思维。发表论文在美国化学会ACS Appl. Mater. Interfaces，第一作者为哈工大化学与化工学校博士研究生秦利明，通讯作者为潘钦敏专家教授。

毕业论文连接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b07563

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