超疏水材料的案例
“硅”助力超疏水 一文帶你了解超疏水材料的技術
超疏水性是一種特殊的潤濕性，一般指水滴在固體表面呈球狀，接觸角大于150度，滾動角小于10度。材料表面能（材料表面分子比內部分子多出的能量）越低，疏水性越好，且當低表面能材料具有微觀粗糙結構時，水滴與材料之間會形成一層空氣膜，阻礙水對材料表面的潤濕，從而形成超疏水狀態。
超疏水表面最初的靈感來源于“荷葉效應”。20 世紀90 年代，德國植物學家波恩大學Barthlott等揭示了荷葉表面的結構，發現荷葉的“自潔性”源于其表面的微納結構，荷葉表面具有微米級的乳突，乳突上有納米級的蠟晶物質，這種微-納米級的粗糙結構可以大幅度提高水滴在其上的接觸角，導致水滴極易滾落。
因為水滴在超疏水材料表面滾落時可帶走污染物，使材料表面保持清潔。因此超疏水材料具有防水、防腐蝕、防冰以及防附著等多重特性。
荷葉表面除具有超疏水特性——“荷葉效應”之外，還呈現荷葉表面超疏水、底面親水的（Janus）潤濕性特性。模擬荷葉表面這種特性進行具有顯著潤濕性差異Janus膜表面構筑，目前研究開展的還相對較少。
近日，一個土耳其-德國聯合研究團隊以濾紙為多孔基底，通過單面修飾聚二甲硅氧烷（PDMS）/無機微納顆粒（粒徑范圍從數納米到數十微米），簡便構筑了具有超疏水/親水顯著潤濕性差異的Janus紙。這種紙具有優異的化學穩定性、機械穩定性和柔韌性，同時保持良好的透氣性，在傷口處理等方面具有較大的應用前景。
Janus紙構筑過程示意圖
研究人員選用Whatman No. 1濾紙和實驗室工程棉濾紙為基底材料，PDMS、硅納米顆粒以及玻璃微球混合均勻后采用噴涂技術涂覆到基底表面，經過120 ℃加熱交聯處理后PDMS共價接枝到濾紙表面。該側濾紙表面呈現出超疏水特性（CA~163.1 ± 1.2°）。同時，研究表明混入摻雜三種不同尺寸的無機顆粒（20?
展開 哈爾濱工業大學研制出具有自感知能力的超疏水材料
由于極強的斥水能力，超疏水材料已經被廣泛地應用于表面自清潔，水油分離以及抗腐蝕等多種領域。隨著超疏水材料的不斷發展，復雜的使用環境對其提出了更多功能性要求，如對外界環境的感知，對水滴的黏附力可控等等。然而，由于目前制備超疏水材料的原料多為高分子化合物（聚二甲基硅氧烷，聚丙烯等）或無機氧化物（二氧化鈦，氧化鋅等），這些原料多數并不能提供實現超疏水材料多功能的基礎性質。因此，如何制備智能超疏水材料仍然是超疏水領域所面臨的一個重大挑戰。
近日，哈爾濱工業大學復合材料與結構研究所王榮國教授團隊利用自組裝技術和沸騰浸泡的方法研制出一種對水滴具有可控黏附性的聚丙烯/石墨烯超疏水材料。更為重要的是，該材料能夠通過自身電阻的變化實現對下落水滴的感知。這種智能超疏水材料有望被應用于微液滴無損運輸和感知外界雨滴。相關研究成果以“A self-sensing, superhydrophobic, heterogeneous graphene network with controllable adhesion behavior”為題發表在知名期刊Journal of Materials Chemistry A 期刊上，并被評選為2018 Journal of Materials Chemistry A HOT Papers。該論文第一作者為丁國民博士，矯維成教授為通訊作者。
圖1 具有不同聚丙烯涂層量的聚丙烯/石墨烯材料的形貌
該項研究以具有開孔微球結構的石墨烯網絡為基底，利用沸騰浸泡的方法將聚丙烯涂覆在石墨烯基底表面。并且通過控制浸泡時間制備出了表面具有不同聚丙烯涂層量的材料。
圖2 不同聚丙烯/石墨烯材料的超疏水性，對水滴的黏附性及其在微量水滴定向無損運輸方面的應用。
展開 基于MS的超疏水表面接觸角研究（perl腳本方法）
沖洗著淤泥，顯微鏡下超疏水材料的表面結構很粗糙，包上有包。不只是荷花上有，昆蟲的足上也有比如水黽，蚊子都能在水上行走而不劃破水面這就是因為其上面的超疏水材料。超疏水材料有很大的發展前景：首先，可以自行清潔需要干凈的地方；還可以放在金屬表面防止水的腐蝕生銹；第三，基于對昆蟲的研究我們還可以使水上飛行成為可能，在船的表面加上超疏水膜減小阻力節省能源。有水就有油，超疏油的存在可以用于石油的分離，減少原油損失，而且可以用于石油輸送管道，使石油最大限度的使用，此外還可以放在排風扇表面，保持其潔凈。
在表面防腐等技術研究中，不可避免的面臨對表面的濕潤性的研究，而固體表面的潤濕性能由化學組成和微觀結構共同決定∶（1）表面幾何結構有重要影響：具有微細粗糙結構的表面可以有效的提高疏(親)水表面的疏（親）水性能。（2）化學組成結構是內因：低表面自由能物質如含硅、含氟可以得到疏水的效果。研究表明，光滑固體表面接觸角最大為120°左右。
這里，涉及到接觸角θ的概念，當 θ>90°時表現為疏水性質，θ<90°時表現為親水性質。θ<5°的表面稱之為超親水性表面；θ>150°的表面稱之為超疏水性表面。那么，我們如何通過ms實現對接觸角的計算呢？這就需要perl腳本的幫助。下面將分享接觸角計算腳本。
首先第一步是構建符合我們實驗要求的結構，如下結構：
可以看出，我們的結構包含液相層和固相層，我們也就是要研究油滴在固相層上的接觸情況，在經過動力學計算之后，我們獲得了體系的運動軌跡文件。
展開 復旦大學俞燕蕾教授課題組：可操控微型水滴的光驅動超疏水智能紡絲墊
復旦大學俞燕蕾教授課題組在原有基礎上將含偶氮線性液晶聚合物側鏈創新性地接入氟化烷基鏈，有效降低了材料表面能，并通過靜電紡絲技術將氟化后的液晶聚合物制備成具有多尺度微觀結構的靜電紡絲墊，在不同紡絲液濃度下研究了光驅動性變形對材料表面潤濕行為的影響。用1%濃度氟化線性液晶聚合物（LLCP）溶液作為靜電紡絲液，制備的紡絲墊表現出優秀的超疏水性，可通過光切換在材料表面實現微型水滴（3 uL）的操控。該研究為微量液體無損轉移等方面提供了指導性的思路。
當液滴與材料表面之間接觸角接近0度（超親）或者大于150度（超疏）時，此類材料被稱為超浸潤材料。超浸潤材料表面的濕潤狀態往往由材料的化學組成和多尺度微觀結構所影響。與無機材料（如TiO2）所制備的超浸潤表面相比，高分子材料具有成本低、易加工和柔軟性等特點。含偶氮液晶聚合物由于偶氮苯光異構反應協同液晶光化學相變引發的光致變形作用，能夠快速地改變材料偶極和形態，從而大幅度地改變材料表面潤濕行為，是制備超疏水智能表面的最佳候選材料群之一。在之前的研究中，復旦大學俞燕蕾教授課題組開發了一類含偶氮線性液晶聚合物紡絲墊材料，具備良好的超疏水性和可加工性，可實現小水滴（5-9 uL）的無損轉移操控。當水滴體積進一步縮小時，小水滴會陷在材料表面的微結構中，形成穩定的Wenzel狀態，因此在微量液體操控方面仍存在挑戰。
展開 
復旦大學俞燕蕾教授課題組：可操控微型水滴的光驅動超疏水智能紡絲墊
復旦大學俞燕蕾教授課題組在原有基礎上將含偶氮線性液晶聚合物側鏈創新性地接入氟化烷基鏈，有效降低了材料表面能，并通過靜電紡絲技術將氟化后的液晶聚合物制備成具有多尺度微觀結構的靜電紡絲墊，在不同紡絲液濃度下研究了光驅動性變形對材料表面潤濕行為的影響。用1%濃度氟化線性液晶聚合物（LLCP）溶液作為靜電紡絲液，制備的紡絲墊表現出優秀的超疏水性，可通過光切換在材料表面實現微型水滴（3 uL）的操控。該研究為微量液體無損轉移等方面提供了指導性的思路。
當液滴與材料表面之間接觸角接近0度（超親）或者大于150度（超疏）時，此類材料被稱為超浸潤材料。超浸潤材料表面的濕潤狀態往往由材料的化學組成和多尺度微觀結構所影響。與無機材料（如TiO2）所制備的超浸潤表面相比，高分子材料具有成本低、易加工和柔軟性等特點。含偶氮液晶聚合物由于偶氮苯光異構反應協同液晶光化學相變引發的光致變形作用，能夠快速地改變材料偶極和形態，從而大幅度地改變材料表面潤濕行為，是制備超疏水智能表面的最佳候選材料群之一。在之前的研究中，復旦大學俞燕蕾教授課題組開發了一類含偶氮線性液晶聚合物紡絲墊材料，具備良好的超疏水性和可加工性，可實現小水滴（5-9 uL）的無損轉移操控。當水滴體積進一步縮小時，小水滴會陷在材料表面的微結構中，形成穩定的Wenzel狀態，因此在微量液體操控方面仍存在挑戰。
展開 湖南大學超疏水納米涂層
表面的潤濕性質是材料實際應用的重要考量，也是表面科學的研究熱點。源于對自然界特殊潤濕現象的認識，比如荷葉的自清潔特性，科學界長期致力于合成材料特殊潤濕性質的研究。超疏水表面是一類對水這類高張力液體具有極端排斥性的表面，比如水滴在荷葉表面能夠自如滾動，但是這類表面對具有低表面張力的有機試劑卻表現出較差的排斥性。這種易被油污沾染的不足嚴重限制了超疏水表面的實際應用。
湖南大學化學化工學院蔣健暉、徐偉箭教授課題組和澳大利亞墨爾本大學Frank Caruso教授課題組合作開展了該領域的相關研究，并取得了新進展，開發了一種制備超級抗潤濕性納米涂層的通用方法。
圖為超疏表面及其潤濕性表征
該納米涂層具有多級粗糙性凹角結構和抗粘附性表面化學，對100多種液體表現出超強的排斥性，比如濃硫酸能夠在涂層表面滾落且不腐蝕表面，因此表現出優異的化學防護特性。同時，該涂層還具有可調控的透明性、外力耐受性和智能響應性。該工作對抗潤濕性表面的設計與應用提供了重要的參考，以期能夠促進表面科學的發展。
圖為超疏表面的響應性表征
相關工作也于近期發表在材料領域頂尖期刊《Nature Materials》上（2018，DOI: 10.1038/s41563-018-0178-2），受到了Chemical & Engineering News的報道，得到了國際同行的認可。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0178-2
論文第一作者為博士潘帥軍和在讀博士郭瑞。
展開 大連理工董應超Nano Lett.：穩定的超疏水陶瓷基碳納米管復合脫鹽膜
海水濃縮水和工業高鹽廢水零排放是解決水污染和水資源危機，實現資源回收的重要途徑，是亟待解決的重要環境問題。膜蒸餾法 (MD)是一種很有前途的高鹽廢水處理工藝，如果能夠充分利用工業余熱或廢熱等低品位熱源，膜蒸餾（MD）將極具競爭力。MD的關鍵組成是一種穩定的多孔疏水膜，具有大的液-氣界面，可有效地輸送水蒸氣，具有熱穩定性和疏水穩定性、抗浸潤性和抗膜污染性。然而，目前聚合物或疏水改性無機膜的一個關鍵挑戰是操作穩定性不足，導致一些問題，如膜浸潤、膜污染、通量和脫鹽率的下降。碳納米管(CNTs)具有優異的物理化學性能，如高疏水性、大比表面積、良好的熱穩定性、機械化學穩定性和良好的導電性等。因此，CNT可用作改性劑以改善包括MD在內的分離應用，但主要用于聚合物膜。國際上，如何開發新型膜材料，同時提高操作穩定性和膜性能，是科學家們重點研究的挑戰性工程科學問題之一。
【成果簡介】
近日，在大連理工大學環境學院環境污染控制工程研究室董應超教授（通訊作者）和合作者Michael D. Guiver教授（共同通訊作者）等團隊帶領下，與香港大學（湯初陽教授，大連理工大學海天學者）、美國和愛爾蘭的研究單位合作，針對難點問題，創新地提出了一種超疏水陶瓷基碳納米管(CNT)脫鹽膜的總體概念設計和應用策略，該膜具有特殊設計的膜結構，充分利用碳納米管的疏水性、耐熱穩定性和導電性，具有前所未有的運行穩定性和超疏水性能，其中互連的CNT網絡是通過化學氣相淀積（CVD）直接在陶瓷載體的表面和長通道指狀大孔內原位形成。通過對原位生長的CNT進行定量調控，構筑了具有CNT網絡的超多孔超疏水表面結構。在加速穩定性試驗下，完全覆蓋的CNT層(FC-CNT膜)在熱穩定性和超疏水穩定性方面表現出顯著的改善。
展開 自然界那些神奇的現象——超疏水的魅力(轉載)
圖 1 Cassie與Wenzel狀態示意圖
由以上公式可知，Wenzel狀態下，增加粗糙度不會改變表面親疏水性，只會使疏水表面更疏水，親水表面更親水；當處在Cassie狀態時，表觀接觸角顯著提升，更易實現超疏水狀態。
2. 靜態潤濕狀態及典型生物特征
仿生制備超疏水表面，首先要對典型生物特征進行分析，細致的觀察生物宏觀特性與微觀結構特征之間的聯系，研究相應的機理，對制備類似功能表面具有非常重要的意義。這方面的研究主要集中在2000-2010年，屬于超疏水相關早期研究。
自然界經過上億年漫長的進化過程，通過細胞的分化演化出了許多微觀上非常精密的結構，使不同生物宏觀上表現出令人著迷的現象。圖 2展示了四種典型的靜態潤濕狀態、相對應的典型生物以及對其表面進行的微米和納米級觀察。
圖 2 典型靜態潤濕狀態及相應代表性生物[1-3]
代變愛情的玫瑰熱烈而奔放，飽含水滴的花瓣在日光下折射出不同的光彩仿佛鉆石般璀璨，而這種現象，正得益于花瓣表面微米級的凸起與納米級褶皺的結合的結構特征；雨中翩翩起舞的蝴蝶，正得益于翅膀表面微米級鱗片與納米級溝槽的復合；水面行走如履平地的水黽，其秘密就在于四條腿表面存在大量的微米級剛毛及其表面更加細微的納米姐溝槽；荷葉出淤泥而不染，主要因為表面的微納復合凸起結構。
3. 智能潤濕行為及相應生物特征
經過早期對大量生物特性的研究，人們對超疏水的理解更加深入，相關研究進入了第二個階段——針對特殊潤濕現象的智能潤濕行為研究。
單向運輸：水稻
細心的學者發現水稻葉片存在液滴單向運輸的特性，主要是指液滴只會沿著葉片的長度方向移動，而不會在寬度方向移動。
展開 躍動的靈魂——超疏水表面液滴彈跳(轉載)
但如果你生活中細心觀察的話，會發現在洗桃子這種表面有絨毛的水果時，水滴滴落在表面會快速彈開，其實桃子帶有絨毛的表面就可以理解為超疏水表面，而這種現象就可以理解為液滴彈跳現象（圖 1）。
圖 1 超疏水表面液滴彈跳現象
那為什么會產生這種反直覺的現象呢？可以從能量轉化的角度思考一下：
液滴在碰撞表面前具有一定的動能，碰撞之后，液滴鋪展開，表面積增大，動能一部分轉化為表面能，另一部分轉化為粘性耗散。之后，液滴在表面張力作用下收縮，表面能減小，轉化為動能，液滴重新從表面彈起。
這里需要說明一下流體力學研究中常用到的無量綱參數韋伯數（We）和雷諾數（Re）:
其中，ρ是液體密度，l是特征長度，v是流速，σ是表面張力系數，μ是粘度。
韋伯數的含義是慣性力/表面張力，We越小，表面張力影響越顯著，因此液滴直徑和撞擊速度不能過大。雷諾數的含義是慣性力/粘性力，Re越小，粘性力主導，層流流動。
一般在液滴彈跳研究中，Re小于100，粘性耗散可以忽略，因此只需關注We。
以下將分別介紹三種特殊的彈跳行為：餅狀彈跳、蹦床彈跳及旋轉彈跳。
2.“餅狀”彈跳 (pancake bouncing)
香港城市大學王鉆開教授團隊針對pancake bouncing開展了深入的研究，于2014和2015年陸續在Nature Physics上發表了相關成果[1]。研究發現，針對針狀超疏水表面，傳統的液滴彈跳行為主要包含四個階段：撞擊、鋪展、收縮、彈跳。然而，在We>12.6時，液滴在鋪展后會直接從表面彈起，省略了收縮階段。
展開 鋁基體超疏水微柱陣列的掩膜電解加工研究
超疏水微柱陣列具有防凍雨抗結冰、耐腐蝕、抗粘附、減阻等特性，在航空、航海、民用設施、生物醫學研究等場合具有重要的應用前景。但目前超疏水微柱陣列多局限于硅片及高分子聚合物等實驗性基材，而在常用的工程金屬材料基體上的加工技術研究還有待深入。工程金屬材料應用廣泛，在金屬表面上構建超疏水微柱陣列更具重要意義，論文提出采用掩膜電解加工技術在鋁金屬基體上加工超疏水微柱陣列，并通過仿真和試驗研究得出了加工電流密度、加工時間、掩膜尺寸等工藝參數對微柱陣列尺寸和水潤濕性的影響規律。
引用本文
Sun J., Cheng W., Song JL. et al. Fabrication of Superhydrophobic Micro Post Array on Aluminum Substrates Using Mask Electrochemical Machining[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2018, 31: 72. https://doi.org/10.1186/s10033-018-0270-1
試驗方法
（1）采用ANSYS建立了掩膜電解加工過程的仿真模型，分析了加工過程中微柱陣列尺寸變化與場強分布的相互影響規律，通過對工件-電解液接觸線上各節點坐標進行迭代，揭示了掩膜電解加工過程中基體結構隨加工電流密度、加工時間的變化規律。
（2）根據仿真結果，對微柱陣列高度和柱頂直徑隨加工參數的變化進行擬合，得出通過調整掩膜尺寸、加工電流密度和加工時間來控制微柱陣列尺寸的方法。
（3）通過鋁基體上超疏水微柱陣列的加工試驗，將不同加工參數下得到的微柱陣列尺寸與仿真結果進行對比，驗證了仿真結果的準確性。
展開 .》: 揭示可切換超疏/超親水智能表面抗菌抗細菌黏附性的差異和關聯
抗菌實驗與ESR測試結果顯示(圖2)，與常規只負載Ag NPs的方式相比，負載Ag/AgCl NPs后復合表面在太陽光照射下釋放ROS的效率更高，比Ag NPs展現出更顯著的增效作用，且僅負載3.66 μg cm-2的Ag/AgCl NPs就可以使復合材料對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌率分別達到98.65%和99.15%以上，Ag/AgCl NPs負載后能顯著增強復合材料表面在太陽光照下釋放ROS的抗菌效率。
圖2：TNTs/Ti@Ag(10)@FAS和TNTs/Ti@Ag/AgCl(10)@FAS材料表面的抗菌性
2. 可切換超疏/超親水智能表面的抗菌和抗細菌黏附性有何差異和關聯？
利用TiO2光致親水特性，構建出了通過紫外光照/暗儲能實現超疏水/超親水可逆轉變的智能材料表面；研究發現：超疏水轉變至親水TNTs/Ti@Ag/AgCl(1)@FAS材料表面對大腸桿菌的抗菌率由82.9%上升至94.6%，對金黃色葡萄球菌的抗菌率由78.9%上升至88.4%。通過分子動力學模擬，研究了Ag+在疏/親水表面釋放的過程及差異，揭示了氟硅烷分子對水分子的排斥效應以及羥基基團的親水作用是造成Ag+在疏/親水表面釋放差異的內在原因(圖3)。研究還發現，超疏狀態下，復合表面展現出出色的疏水/疏油性和低表面黏附力，使細菌難以黏附在表面，并且表面形成的空氣層能夠阻隔細菌，在主動殺菌機制的協同作用下對大腸桿菌和金葡的抗細菌黏附率達到99.47%和98.50%。超親水狀態下，親水表面形成的水化層能起到阻隔細菌的作用，在主動殺菌機制的協同作用下，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗細菌黏附率也分別達到97.86%和90.42%。
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上海交大《ACS AMI》：通過3D打印制備大尺寸蘑菇狀柔性超疏水仿生微結構
近日，上海交大機械與動力工程學院胡松濤副教授課題組設計并制備了具備機械強度的柔性超疏水仿生微結構，兼具抗液性與耐磨性，相關研究成果在機械裝備抗液防冰等領域具有重要的應用前景。該成果以“Biomimetic Water-Repelling Surfaces with Robustly Flexible Structures”為題發表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。
現有的面向低溫沖擊液滴的超疏水界面工作遵循剛性和柔性兩類設計原則，可有效縮短固液接觸時間，但受限于苛刻的固液沖擊定位要求。研究團隊在之前工作中，借鑒跳蟲胸殼的蘑菇狀仿生結構來抵抗沖擊液滴，但將底部立柱狀剛性支撐替換為彈簧狀柔性支撐來調整結構的整體力學性能，形成了“類皮膚-肌肉”柔性超疏水界面微結構的設計思想。該結構被證實可消除界面潤濕性能對液滴沖擊定位的依賴，但受限于弱機械強度。因此，研究團隊改進了柔性微結構設計，形成了由剛性平板和柔性彈簧組所構成的大尺寸蘑菇狀超疏水仿生微結構。研究團隊采用面投影微立體光刻3D打印技術（nanoArch S140，摩方精密）高效、精準地實現了上述界面設計的樣機制備。
△界面設計與制備（蘑菇平板陣列，寬度2800μm，厚度100μm，間隔200μm；彈簧支柱：自由高度2000μm，中徑500μm，線徑90μm，線圈數8個）
柔性蘑菇狀超疏水仿生界面結構被證明可承受常規的法向擠壓和水平剪切行為；在實際摩擦行為中，較剛性結構有更好的耐磨性。
△界面機械強度
柔性蘑菇狀超疏水仿生界面結構被證實可以通過觸發結構振動來縮短固液接觸時間。
展開 地球上最神奇的10種物質，你見過幾個？
超疏水材料
超疏水材料是一種新型材料，它的表面具有特殊的微納米結構，而且在這些結構上有低表面能物質，因此水在其表面難以附著。
2. 三碘化氮
三碘化氮是地球上最容易爆炸的物質之一，它是一種深紅色固體，穩定性弱，十分敏感，在干燥的狀態下，任何輕微的接觸都有可能引發劇烈的爆炸。這種特性使得它經常被用于一些魔術或特效表演中。
3. 水凝膠
水凝膠是以水為分散介質的凝膠，它是一種高分子網絡體系，性質柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水。
4. 形狀記憶合金
形狀記憶合金是一種特殊的合金，在某些條件下形狀發生了改變，加熱后可變為原來的形狀。
5. 鎵
鎵是是一種灰藍色或銀白色的金屬，它的熔點非常低，只有29.8℃，因此在熱水中，甚至是人的手掌心中就會熔化。
6. 氣凝膠
氣凝膠是世界上密度最小的固體，目前最輕的氣凝膠密度只有0.16mg/cm3（2013年）。和前面的水凝膠類似，氣凝膠也是多孔的網狀結構，內部主要是氣體，所以非常的輕。
7. 磁性橡皮泥
沒什么特別的，這只是摻入了磁性顆粒的橡皮泥，然而卻像有了生命一般充滿了靈性，和磁鐵之間的相互作用非常的有趣。
8. 磁流體
磁流體是一種膠態懸浮液體，又稱磁流體或磁液。它是由平均直徑為10nm的鐵磁性超微粒子，表面吸附一層表面活性劑，穩定地分散于油、水等基液中而形成的。作為一種新型的液體功能材料，磁流體兼有固體材料的磁性與液體材料的流動性，有很多新奇的性質與應用。
9. 超材料
超材料是一類人造材料的統稱，它的結構類似于由晶胞構成的晶體，不過超材料中的“晶胞”是比原子或分子更大的基本單元，整體結構更是完全人造的。
展開 一種具有疏水性、可修復和可回收的多功能隔熱復合材料
02
成果掠影
近期，北京林業大學曹金珍教授在開發替代泡沫基隔熱材料方面的研究工作取得新進展，該成果有助于實現碳中和目標。該團隊展示了一種由多個高級菌絲網絡(彈性模量為1.2 GPa)結合松散分布的木屑產生的具有層次多孔結構的菌絲復合材料，包括宏觀和微觀孔隙。討論了絲狀菌絲和復合材料的形態、生物學和物理化學性質，包括它們如何受到真菌菌絲系統的影響以及它們與底物相互作用的方式。該復合材料的孔隙率為0.94，在250-3000 Hz頻率范圍內(對于15mm厚的樣品)的降噪系數為0.55，導熱系數為0.042 W/mK。它也是疏水的，可修復的，可回收的。預計這種具有優異隔熱性能和機械性能的分層多孔結構復合材料將對輕質泡沫塑料的高度可持續替代品的未來發展產生重大影響。研究成果以“Mycelium Composite with Hierarchical Porous Structure for Thermal Management ”為題發表于《Small》。
03
圖文導讀
圖1.復合材料制備過程的圖解和形態學照片。
圖2.復合材料的力學性能和結構示意圖。
圖3.天然和真菌處理木屑的結構特征。。
圖4.菌絲復合材料的保溫性能。
圖5.有限元建模分析。
圖6.菌絲復合材料的疏水性。
展開 一種具有自修復功能的兩棲超親水、超親油表面材料
超親水、超親油（即“超雙親”）表面具有自清潔、防污、抗霧、使液體迅速鋪展等功能，在日常生活、醫療、工業生產等方面有著廣泛的應用。然而，目前報道的超雙親表面只能在單一介質環境下工作。例如，在干態空氣環境中具有超雙親性質的表面材料在水中往往會表現出超疏油性質，而不是親油性。因為這些材料一旦被水潤濕，其性能主要取決于附著在表面的液態水層。相反，在水中具有親油性質的表面在干燥狀態和空氣介質中通常表現為超疏水和超親油。在空氣和水介質中均具有超雙親（即“兩棲” 超雙親）性質的表面材料報道很少，其制備一直是個挑戰性難題。
最近，澳大利亞迪肯大學（Deakin University）林童教授團隊報道了一種簡單有效的表面處理方法，可使紡織品材料表面具有穩定的“兩棲” 超雙親性質。該團隊采用一種表面涂層技術，將兩種分別帶有親水和親油官能團的化合物涂布于紡織品材料的表面，并進行交聯處理。經過處理的紡織品面料在空氣中表現為優秀的超雙親性質，對水、油和多種有機溶劑的觸角為0°。在水中或完全被水潤濕的條件下，該面料仍然可以使油和不溶性有機溶劑在表面迅速鋪展。該涂層不僅具有良好的牢度，而且可抵御酸堿侵蝕和長時間紫外照射。不僅如此，該涂層還表現出了自修復功能，在被化學侵蝕破壞后，其水下超親油性能可以通過加熱恢復到原的有功能狀態。該團隊進一步證明，這種兩棲超雙親材料在油水分離方面有很大的應用潛力。無論織物在干燥還是潤濕狀態，都表現出了穩定的吸油能力。
圖1：“兩棲”超雙親表面的處理過程及效果。
詳細結果已發表在近期的《Materials Horizons》（DOI: 10.1039/C8MH00898A）。文章共同第一作者為博士生符思達和周華博士，通訊作者為王紅霞博士和林童教授。
來源：高分子科學前沿
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