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蘭州化物所工程材料表面功能化研究取得系列進展 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2014-12-30 10:48:25 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/班建偉)環境和能源,是目前人類社會最密切關注的兩個方面,要解決這兩方面的難題,離不開蓬勃發展的納米材料科學。超疏水現象普遍存在于自然界中,荷葉、水澠腿、蟬翼等都是典型的超疏水性表面。通過過去幾十年對自然界中超疏水表面的研究和分析,仿生超疏水表面的制備如今已成為表面與界面科學領域的熱門研究話題。它在自清潔、防污、抗結冰、微流體、油水分離、水收集、藥物釋放等領域,特別是油水分離上的潛在應用,為解決海洋原油泄漏和工業廢水污染等環境問題提供了一個有效的解決途徑。
基于近10年來對于超疏水領域的認識和研究,中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室郭志光“百人計劃”項目團隊制備出了多種超疏水性表面,例如超疏水硅片、超疏水銅網、和核殼結構的超疏水納米顆粒。這些材料可用于油水混合物的分離,將油相從混合物中高效地分離出來。除了超疏水超親油性表面,該團隊還制備了超疏水高疏油的雙疏表面,該制備方法可同時適用于織物和金屬泡沫鎳表面上。在考慮材料表面高接觸角的同時,材料表面的接觸角滯后所引起的高粘附現象也是目前該學科研究的一個方向,該團隊在這方面作了系統性的總結。不管是低粘附性的超疏水表面,還是高粘附性的超疏水表面,在自然界中都能找到原型,該團隊也同時對源于自然的超疏現象作了系統總結。
近幾年科學家發現,除了超疏水且超親油的表面外,超親水且水下超疏油的表面也可用于油水混合物分離,這種材料所具有的分離效果與超疏水且超親油的材料相反,是將水相從油相中分離出來,而且這種材料可以保護材料本身不受油相的污染。該團隊在該領域也做了大量工作,包括利用水熱法制備涂覆沸石的不銹鋼網、浸涂法制備涂覆氧化石墨烯的不銹鋼網等,這些材料都可用于油水混合物的有效分離。而且,該團隊還對表面潤濕性的調控做了相關研究,制備了潤濕性可隨水相pH的變化而變化的織物。針對油水分離材料在近十年來的迅速發展,該團隊對該領域的研究進展以及未來發展方向做了系統總結。
另外,該團隊在超疏水表面有關的水收集領域也進行了初步的探索,發展出了一種簡單的超疏水-超親水雜化織物制備方法,該方法在水收集方面具有潛在應用前景,有關該領域后續的研究工作,該團隊也將繼續關注。
除了超疏水/油表面的制備,該團隊還對超疏水表面微結構的構造進行了理論方面的設計,對具有規整拋物面型微結構的表面的潤濕性做了理論優化設計并對機理進行了闡述。
研發高效的納米材料不僅是環境領域的熱點,在能源領域,研發高儲能納米材料也是熱點話題?;趯{米高比表面積材料的認識和研究,該團隊也對超級電容器電極材料的開發做了嘗試性的研究,以ITO為基底,通過溶劑熱法制備出了具有高比電容的超級電容器電極材料。
以上工作得到了中科院“百人計劃”、國家自然科學基金(11172301和21203217)、湖北省杰出青年基金(2012FFA002)和“西部之光”計劃等項目的資助。
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