超双疏纳米纤维素气凝胶的制备及结构调控文献综述

 2022-07-14 09:07

国内外同类研究概况

一、超双疏表面

  1. 特点

一般有机物及高聚物为低能表面,不易润湿,而氧化物、硫化物、无机盐等为高能表面,容易润湿,当表面上水的接触角大于90°时,为疏水表面。表面张力由化学组成决定,而接触角不仅和表面张力有关和表面粗糙度也有关。材料表面如果有纳米尺寸稽核形状互补的微观结构,如凹凸相间的纳米结构,由于纳米尺寸的凹的表面可使吸附气体存在,所以宏观上相当于有一层稳定的气体薄膜,使油和水无法直接和表面完全接触,从而表现出超双疏性。超双疏漆膜表面有重要意义,超双疏涂料可以作为自清洁涂料,可用于防止生物生长的船舶防污涂料和减阻涂料[1]

2、构筑方法

由固体表面润湿性的两大决定因素——表面微纳米结构和表面化学组成[2]可知,可通过两种途径构筑超双疏表面:一是将疏水表面粗糙化;二是将粗糙表面疏水化。因为途径一在表面粗糙化的过程中会损失固体表面的部分低表面能物质,从而可能导致表面固有的疏水性能下降,所以现在的研究主要采用途径二的方法构筑超双疏表面,即先将固体表面粗糙化,然后采用低表面能材料对该粗糙表面进行处理以构筑超双疏表面。下面将介绍一些超双疏基底的常规构筑方法。

2.1溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是用含有高化学活性组分的化合物作前驱体发生水解缩合反应,在溶液中形成稳定的凝胶。经过干燥过程,溶剂去除,留下一些微纳米孔,产生疏水性。该法是目前制备多孔材料和有机-无机杂化材料常用的方法。如Steinke等[3]通过溶胶-凝胶法用有机氟化物修饰二氧化硅粒子,经该有机-无机杂化物涂覆的表面具备超双疏性能,对水和油的接触角均大于150°。N.Valipoul[4]等研究者以正硅酸乙酯为前驱体,氨水为催化剂,丙酮溶液为载体,成功制备出SiO2溶胶,并讨论了不同氨水的浓度对SiO2颗粒的尺寸大小的影响。最后用含氯类物质对其进行低表能的修饰。最终所得涂层表面可达到优异的超疏水性和疏油性。

2.2 自组装法

自组装方法通过非化学键合力将分子有序地结合起来,形成具有一定粗糙度的微纳结构,该结构不会因为逸出气体等产生结构塌陷。该方法一般程序是先将纳米粒子表面进行活化处理,通过自组装技术采用纳米粒子构建表面微纳结构,然后再将表面进行疏水化处理。邢孟江[5]通过自组装方法将二氧化硅用硅烷改性,对涂层进行疏水化处理得到超双疏表面,对水的接触角最大可以得到 175.6°。Xu 等[6]结合原电池置换反应在锌片表面构建微纳结构。并通过自组装巯醇单分子层构筑了超双疏表面,对甘油和乙二醇的接触角均达到 150°以上。

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