
文獻前沿 | 透明高強度超雙疏聚合物薄膜的大面積制備
透明高強度超雙疏聚合物薄膜的大面積制備
文獻前沿 第二期
ACS NANO
2018, 12 (10)
ISSN:1936-0851
影響因子:13.709
01
作者簡介
【通訊作者】
武利民,復旦大學材料系教授、博士生導師,教育部“長江學者”特聘教授,國家先進涂料教育部工程研究中心主任。
【研究方向】
1)有機-無機納米雜化膠體微球的制備策略
2)膠體微球的薄膜組裝及其性能
3)功能涂料研究開發(fā)
【研究成果】
近年來,負責承擔和完成的項目包括國家重點研發(fā)計劃納米科技專項、基金委創(chuàng)新群體、國家“863”計劃、國家自然科學基金重點項目,以及國內(nèi)外企業(yè)委托項目等。共發(fā)表SCI論文280余篇,SCI論文被引用超過12000多次,其中25篇文章他引超過100次,13篇入選ESI高引用論文,H-因子58;出版中英文專著各2部;共申請和獲得國家發(fā)明專利36項,美國專利項、世界專利2項
02
論文概述
【研究背景】
超雙疏表面與水、油的接觸角大于150°,接觸角滯后較小。與超疏水表面相比,超雙疏表面具有更廣泛的應用范圍,包括自清潔、防污、化學屏蔽、防溢、防凍、防腐、燃料輸送和減阻等。材料的超雙疏能力由它們的特殊表面形貌(凹角、凸曲率或懸垂)和低表面能化學的組合產(chǎn)生。然而,這種具有特定形貌的超雙疏表面的制造是耗時的,通常涉及昂貴的光刻工具或復雜的化學過程。此外,表面粗糙與透明度的矛盾構(gòu)成了另一個挑戰(zhàn):一方面,超雙疏表面需要足夠的表面粗糙度以獲得高接觸角(CA)和低接觸角滯后(CAH)。另一方面,由于來自粗糙表面的米氏散射,表面粗糙度必須足夠小,才能保持高透射率以實現(xiàn)高透明性。
【研究方法】
本文采用簡單的單向拓印和熱處理相結(jié)合的方法制備了透明的超雙疏薄膜。簡單地說,通過在以PDMS(聚二甲基硅氧烷)為涂層得而基底上單向拓印一種干燥的二氧化硅粒子,再在上面覆上一層PDMS基板,得到單層二氧化硅陣列。將二氧化硅球組裝成單層陣列后,在220°C以上熱處理72小時后,將環(huán)氧基感光樹脂SU-8滲入硅模板中,紫外線照射1 min后固化形成薄膜,沖洗,除去二氧化硅模板,采用化學氣相沉積法將全氟辛基三氯硅烷(PFOTS)對表面進行改性,又得到具有優(yōu)異的拒液性能的有序單層凹坑結(jié)構(gòu)或六角三角形微柱結(jié)構(gòu)。
【結(jié)果討論】
本工作通過采用單向拓印和熱處理相結(jié)合的方法不僅在平面上制備出了超雙疏薄膜,還成功地在非平坦的基片上制造了雙疏聚合物結(jié)構(gòu)。本文發(fā)現(xiàn)用5μm二氧化硅基模板制造超雙疏薄膜時會得到單層有序凹坑結(jié)構(gòu),而用10~20μm二氧化硅基模板制造超雙疏薄膜時會得到六角三角形微柱結(jié)構(gòu)。本工作得到的超雙疏薄膜對水、乙二醇、礦物油、橄欖油的接觸角分別達到161°、155°、150°、152°,滾動角分別達到3°、4°、9°、7°。本文還研究了該超雙疏薄膜的機械性能、柔韌性和耐化學腐蝕性,結(jié)果表明經(jīng)過摩擦,超雙疏薄膜仍保持其疏液特性,且經(jīng)腐蝕性物質(zhì)處理后的聚合物薄膜仍表現(xiàn)出優(yōu)良的拒液性。另外,本文進一步研究了所得聚合物涂層或薄膜的光學透明性,發(fā)現(xiàn)氫氟酸濃度和刻蝕時間對所得聚合物薄膜的透光性有顯著影響。最后,本文所獲得的聚合物薄膜因其突出的優(yōu)點,有廣泛的應用前景,如窗戶、鏡片、手機、筆記本電腦、照相機、太陽能電池板、光學器件、防指紋或自清潔透明保護膜等。

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