超疏水疏油材料的新思路

2018-09-17 09:36:01 防雾剂,织物疏水疏油整理剂 阅读

超疏水材料新进展:出淤泥而不染,被刀划而不伤


“予独爱莲之出淤泥而不染,濯清涟而不妖…….” 北宋理学家周敦颐在《爱莲说》中用这样的诗句表达了对莲花品(rèn)格(xìng)的热爱。而在科技高度发展的今天,莲花“出淤泥而不染”这一特性,引起了国内外科学家们的兴趣。我们的故事就从荷叶的“自清洁”效应开始讲起。


荷叶本身是不沾水的,这是由于荷叶表面具有粗糙的微观形貌以及疏水的表皮蜡。这种特殊的结构有助于锁住空气,进而防止水将表面润湿。水滴在荷叶上形成一个球形,而不是铺展开来,像这样的表面,就是“超疏水表面”。这种超疏水表面可以有效地防止被污水污染,并且表面的灰尘,杂质也会被雨水带走。这便是荷叶“出淤泥而不染”的原因了。

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疏水疏油材料的新思路


荷叶表面(左)以及其在扫描电子显微镜下的形貌(右,比例尺为1 μm)


荷叶这种自清洁性能被人们称为“荷叶效应”。近20年来,仿荷叶的人造超疏水表面不断涌现。然而,这项技术由于种种限制,一直未能大规模地应用。现有的很多超疏水表面,都容易被油污染失去超疏水性。为了解决这个问题,学者们又设法开发出了一种疏水疏油的超双疏表面[2],我也曾跟风研究了一下[3]。然而,机械出身的我在研究中发现,虽然双疏表面在自清洁方面略胜一筹,但对于一些需要润滑的零件就不适用了:比如轴承,齿轮这样的零件,如果连润滑油都排斥,就没办法愉快地工作了。


如果能找到一种被油污染,甚至浸润到油里,仍然可以自清洁的材料,或许就能解决这一问题。很快,我在从一篇仿猪笼草制备自清洁表面的论文[4]中得到了启示。这种表面利用微观粗糙结构锁住润滑油,使得液滴在滑落表面的过程中带走灰尘。那么我们的材料是否也可以做到这点咧?


一开始,我先将自制的疏水涂料涂在玻璃表面,然后将十六烷(柴油的主要成分)涂在疏水涂料表面。随后将该表面一半浸入十六烷中,一半暴露于空气中,将用一氧化锰粉末模拟的“灰尘”分别洒在表面上浸入油中和暴露于空气中的部分,用水冲洗。结果表明,即使被油污染,这种“猪笼草效应”仍然可以保证自清洁性能。在日常生活中和工业生产中,我们的材料常常会遇到食用油和柴油,以及室内室外的灰尘。于是我又选取了这些作为我实验的材料,重复了上述的自清洁实验。

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超疏水疏油材料的新思路