一种具有自修复和自清洁功能的耐磨损熔融性块状超疏水材料外文翻译资料

 2022-07-29 17:11:21

英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

一种具有自修复和自清洁功能的耐磨损熔融性块状超疏水材料

超疏水材料因为其优异的疏水性，在抗结冰，自清洁等领域有着十分广阔的应用。研究出一种制备方法简单，经久耐用，具有熔融性，块状疏水性，具有自清洁、自修复、自组装以及对基质具有良好吸附性的材料一直是一个难以企及的目标。我们利用一种简单的一步法，将长烷基链接枝在硅纳米粒上，制备出一种独特的可熔融的块状超疏水表面。这种清晰可辨的纳米材料在块状尺度上表现出良好的超疏水性，并且可以在轻微加热下修复大裂口，甚至在砂纸摩擦后还能保持原本的疏水特性。即使在循环水冲击，沸水处理和多次手指摩擦实验后，还能因其可修复的自组装性能和纳米结构，在室温下迅速恢复其超疏水性能。在原本状态和切断面中均表现出超疏水性。就像上文所讨论的那样，可以说是熔融法制备超疏水表面领域的一个突破。

超疏水表面对科研工作者和工业界人员有着巨大的吸引力，不仅是因为其优异的疏水性能，也是因为其自清洁性。由于其出色的疏水能力，人们在抗菌、抗腐蚀、抗结冰、自清洁等其他领域也找到了广泛的应用。在自然界有着超疏水性能荷叶在表面的微观结构里，包含大小不同的粗糙度（同时也包含疏水蜡）。这些性质在荷叶中的罕见结合造就了荷叶高水接触角和水滴易滑落的性质。因此，大量的研究者利用大小粗糙度和材质本身疏水性的结合，致力于制备超疏水表面。

超疏水表面可以通过静电纺丝、微光刻、光、和蚀刻技术制备。但这些方法需要高度复杂的仪器和控制。化学气相沉积是另一种超疏水表面的制备方法，但其通常需要上升到较高的温度（gt; 250℃）。铸造法，造型法，模板法和相分离法是也可用于制备超疏水表面。然而，这些方法需要复杂的制备方法或繁琐的步骤，在大多数情况下还需要二者结合。例如，有报道多步法制备超疏水表面，步骤包括聚氨酯泡沫的合成，用多巴胺改性的碳纳米管涂布，多巴胺的自聚合，以及最后在聚多巴胺海绵表面接枝十八胺，实现水接触角达到158°。在一篇文献中，通过2-（N-乙基全氟辛基磺酰）丙烯酸酯的原子转移自由基聚合，三步法制备了具有良好耐磨性的超疏水聚合物表面。在另一项工作中，通过沉积前驱体，随后充填中空二氧化硅纳米粒子/介孔二氧化硅纳米片，最后进行煅烧和表面处理，获得超疏水薄膜。Deng等人通过分层氧化铝模板润湿法，制备了大孔超疏水膜，

其中聚甲基丙烯酸甲酯用1H-1H-2H-2H-全氟癸基三乙氧基硅烷处理。还有一些问些报道了制备超疏水表面的简单方法。通过TiO2纳米粒子，alpha;,beta;-双羟丙基封端的氟化聚硅氧烷低聚物和alpha;,beta;-双氢封端的聚二甲基硅氧烷的共混制备了大面积的超疏水表面。Zhu等人利用甲基三氯硅烷，经过一步浸渍法，制备了与聚氨酯泡沫有很强吸附性的超疏水表面。通过聚己内酯的电喷雾实现了一种制备超疏水表面的有趣方法，然而这种方法与基质的吸附性并不好。最近，利用全氟硅烷封装二氧化钛纳米粒子，制备了自清洁超疏水表面。然而，对于所有的超疏水表面的应用领域来说，还需要一种更为一步法制备超疏水表面。

在超疏水材料研究的初期，人们只对表面层级的的超疏水性感兴趣。而

最近出现块状超疏水材料（整个材料都具有超疏水性）的概念。Grinstaff等人通过静电纺丝和电喷雾等不同的方法，制备了三维超疏水涂层。将聚（ε-己内酯）和聚（甘油单硬脂酸酯-co-ε-己内酯）的混合物经过电喷雾，在不同的基材上制备了块状超疏水涂层。在另一篇报告中，通过聚（ε-己内酯）和聚（甘油单硬脂酸酯-co-ε-己内酯）混合物与硬脂酸的静电纺丝，制备了块状超疏水材料。除此之外，有人通过二氧化钛纳米棒，二氧化硅纳米粒子和聚二甲基硅氧烷的结合，实现耐损伤的超疏水且超亲油的块状超疏水材料的制备。我们在使用硅烷和氨基甲酸酯交联过的的碳酸钙基涂层中，实现了块状水平上的具有超疏水性质的材料制备，这种材料具有极好的超疏水性和水易滚动的特性（水滚动角lt;8°）。另外也有报道通过聚四氟乙烯，碳纳米管和铁纳米颗粒的结合，制备出块状超疏水材料。类似地，也有通过将聚四氟乙烯和碳纳米管在390℃下共混，获得了块状超疏水材料。在这种情况下，材料的超疏水性是可修复的，但需要在高温下加热（500℃）。在其他的报道中，也有几种可用于油水分离的，具有水排斥性的多孔超疏水材料。

大多超疏水涂层面对机械应力十分脆弱，并且也不耐用。对于这个问题，很多课题组都有研究。Hua Zhou等人通过改性二氧化硅纳米粒子和聚二甲基硅氧烷的共混物，实现了在织物上的耐机械损伤的超疏水涂层的制备，这种涂层经酸性和碱性溶液处理后，在大气环境中干燥24小时后，即可重获超疏水性。 在另一种方法中，通过压制超高分子量聚乙烯和铜粉，然后沉积银膜和全氟癸硫醇，获得了盘状的，机械耐久的超疏水材料。最近，通过沉积TiO2微粒和氟烷基硅烷，在棉织物上实现了坚固的耐机械损伤的超疏水涂层。

由于超疏水材料是软涂层，很难在严重的酸碱溶液处理或机械损伤后，保持超疏水性能，因为这些会引起材料微纳米粗糙度的破坏。但是，如果这些材料能自修复表面，就会拥有及其广阔的应用前景。因此，自修复表面在恶劣和多重环境攻击后，仍可重获超疏水性，所以这种表面是十分独特的。这种现象也在自然界中观察到。例如，将活三叶草的叶子在等离子体环境处理后，丢失了超疏水性，但超疏水特征在环境条件48小时内得到了恢复。然而，这种自修复能力没有在非活三叶草的叶子上观察到。最近，我们通过在二氧化硅表面上构建氨基甲酸酯低聚物，制备具有自修复能力的超疏水颗粒和涂层。给任何材料带来自愈合性/自修复性（即表面的超疏水性能的再生），这些类型的超疏水涂层主要通过氟化和硅烷反应获得。全氟化癸烷和氟化烷基硅烷的结合可以使超疏水棉织物具有自修复性，可以通过在135℃下加热织物5分钟或通过在环境条件下放置24小时来自修复，在此过程中氟化链迁移至表面以促进自修复。最近，有研究中通过紫外光照射，使氟烷基硅烷负载的微胶囊修复剂迁移到表面，重新获得超疏水属性。其中。Sun等人报道了通过两层方法，制备自修复超疏水棉织物，下层为多磷酸铵和聚乙烯亚胺的混合物和顶部制成，上层由全氟癸烷硫醇官能化POSS制成。虽然织物的表面在O2等离子体处理后变得亲水，但由于全氟癸烷链向表面迁移，形成了富集/漂浮，涂层又重新获得超疏水性。在这个实验中，自修复能力取决于自修复剂的含量，从结果可以看出，在第10次循环的O2等离子体处理中，恢复时间相对于第1次的1小时增加到4小时。在另一篇报道中，层-层组装的聚烯丙胺盐酸盐磺化聚醚醚酮和聚丙烯酸的电解质络合物，经过氟烷基硅烷修复剂的化学气相沉积后，表现出自修复的超疏水性。在所有的这些情况下，这些材料的自修复都是通过使用愈合剂（愈合剂的储库）来实现，因此它们能够实现自修复的循环次数有限。如果超疏水涂层可以通过仅仅通过熔融来实现自修复，则这种超疏水材料能拥有无限的自修复次数，且超疏水性能不会有任何的损失。

在制作人工超疏水表面时，自然生物的超疏水表面的一些重要特征可能会丢失。例如，只有在活体条件下，莲叶才会表现出的自愈合/自修复的性质，而人工超疏水表面的性质与自修复剂的含量和性质有关，这在前文中已有叙述（在大多数先前的研究中）。制备与天然表面相同的人造超疏水材料是一个巨大的挑战。这项工作揭示了我们在这个领域的各种尝试。尽管前人在这方面已有了许多研究，但一种成分简单的、同时具有熔融加工性、自清洁性、自修复性、耐磨损的块状超疏水材料/涂层还尚未实现。我们试图通过在二氧化硅纳米粒子表面上接枝长烷基链来实现这种独特材料的制备，得到的烷基链接枝的纳米二氧化硅粉末经过熔融，得到了块状超疏水涂层。本文还描述了超疏水性质自修复的机理。块状超疏水性、自清洁性、自修复性和材料表面的耐磨损性也经实验证实。

在这项工作中，通过硅烷醇-异氰酸酯（在80℃/ 18h）反应，在二氧化硅纳米粒子（ODS18）上接枝了十八烷基链。并进行了彻底的表征。差示扫描量热法在120℃测试为吸热，表征了接枝纳米颗粒的熔融性质。在之前的研究里，十八烷基链（在聚正十八烷基硅氧烷纳米片上）的熔点测定在80-90℃，在对于十八烷基苯基氨基甲酸酯的熔点为79℃，而对于亚甲基双十八烷基氨基甲酸乙酯封端分子的熔点为116℃。此处熔点增加是因为十八烷基的结晶增加了，这是由紧密封装的氨基甲酸酯基团引起的。十八烷链晶体的熔化和形成通过逐渐加热至150℃随后冷却，在光学图像中清晰可见。较高的熔点意味着在二氧化硅表面（就像在莲花表面

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章