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石墨烯基超疏水材料制备及其应用研究进展(5)
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摘要：图8 （a）自组装涂层组装过程示意图[60]；（b）三明治状的UIO-66-F4@rGO杂化体[61]；（c）组装涂层的扫描电镜剖面图[62]Fig.8 (a) Schematic diagram of the self-assembl
图8 （a）自组装涂层组装过程示意图[60]；（b）三明治状的UIO-66-F4@rGO杂化体[61]；（c）组装涂层的扫描电镜剖面图[62]Fig.8 (a) Schematic diagram of the self-assembly coating assembly process[60]; (b) sandwich-like UIO-66-F4@rGO Hybrid[61]; (c) cross-sectional SEM of the assembled caoting[62]
3 石墨烯超疏水表面的应用
超疏水表面凭借其特殊的浸润性以及较大的液体接触角使得超疏水材料在生产及生活上具有十分广阔的应用前景，如自清洁、防覆冰、油水分离等，结合不同的材料和使用领域，超疏水表面表现出独特的性能. 石墨烯超疏水表面作为超疏水表面的一类，相比传统由氟硅烷构造的超疏水表面，整体质量更轻，原料更加环保，价格更具潜力，且在以下几方面可有广泛应用.
3.1 自清洁
超疏水涂层表面不能被液滴浸润，而是呈球状或椭圆形滚走，液滴滚动的同时会带走附着在材料表面的污渍和灰尘等，从而实现材料表面的自清洁.
Zhu等[39]在单晶硅晶片基板表面制备出三元石墨烯/非晶碳/镍碳基薄膜，通过自清洁实验，其表面的黄色粉笔末可完全被水滴带走，展现出较为洁净的板面，如图9所示，相较于纯的类金刚石镀膜（DLC）和非晶碳/镍碳基薄膜呈现出优异的自清洁性能. 目前，传统外墙涂料由于普遍存在防污能力差的缺点，较大限制了其应用的拓展，而制备出用于建筑外墙、高层建筑玻璃幕墙上的超疏水自清洁涂料，可有效地防止大气中污染颗粒堆积和侵蚀，提高表面的耐玷污性能.
图9 自清洁能力对比实验[39]. （a）纯 DLC 膜；（b）Ni/a-C:H 膜；（c）GNi/a-C:H膜Fig.9 Self-cleaning ability comparison experiment[39]: (a) pure DLC film; (b) Ni/a-C:H film; (c) G-Ni/a-C:H film
3.2 防覆冰
雨雪等自然天气不仅会给高压输电线路、变电站、基站、通信电缆等电力、通信设备带来覆冰现象，引起电力及信号的传输不稳定甚至是大面积倒塌损毁，也会在飞机表面积累污染物给飞行安全带来巨大隐患. 传统的热力除冰、机械除冰、化学除冰方式存在能耗大、效率低、污染重等不利因素，而涂覆超疏水表面形成抗冰层能够有效地减少覆冰量及降低冰雪对基底的附着力，也可有效延缓液体的结冰时间，同时具有施工方便，大量节省人力物力资源等优势. Wang等[63]制备出具有焦耳热效应的聚碳酸酯石墨烯基超疏水材料，经过防覆冰测试，其可延迟335 s的冷冻时间，并使冰晶不易在表面积聚，其防覆冰性能是普通的6倍，同时通过釉冰消除试验，在75 s内可完全去除表面3 mm厚的釉冰，呈现出优异的防覆冰及快速除冰性能. 此外，该涂层经过不同pH值的酸、碱、盐溶液中浸泡24 h后，呈现出优异的防腐和超疏水性能；分别经过12.5 kPa和2.5 kPa的法向压力移动20 cm循环磨耗样品40次和400次后，表现出优异的超疏水性能. Akhtar等[64]，采用表面修饰法制备了氟化石墨烯防覆冰涂层，并在蓝宝石玻璃基体表面上测试了涂层的防覆冰性能，如图10所示，相比原基体和普通石墨烯表面，氟化石墨烯涂层大幅度延缓了基体的结冰时间，并且在-10～-5 ℃延缓能力尤为明显.
图10 不同温度条件下延迟结冰时间图[64]Fig.10 Delayed freezing time diagram under different temperature conditions[64]
3.3 油水分离
超疏水表面用于油水分离在实验室中的研究已经相当成熟，各类具备超疏水表面的吸油材料都展现出优异的油水分离能力，且具有较好的循环利用性. 但受制于原料成本高及工艺较为复杂等因素，需要研究人员将材料成本再降低，分离效率再提高，循环耐久性再提升，以不断满足日益发展的生产需要. Liao等[32]制备出油水分离的超疏水mGO/PDMS杂化涂层，在几秒内水面和底部的油已全部被顺利分离，如图11所示；涂层对石油醚、己烷、甲苯等多种油的分离效率均高于90%，对三氯甲烷的分离效率达到了99.8%，且在经历15个分离循环后仍能保持98.4%的高分离效率；此外，将其分别浸泡于水、己烷、甲苯、NaCl、酸和碱溶液中，浸泡于不同温度（30、60、90、120和150 ℃）6 h后，其接触角几乎无变化，仍保持在150°以上，呈现出优异的分离效率、可重复使用性、热稳定性和化学稳定性. Das等[65]通过表面改性技术合成了磁性活化二维超疏水氧化石墨烯（MASHGO）粉末，该粉末水接触角高达152°，具有良好的疏水亲油性，对各种天然以及合成油在水包油和油包水乳液呈现出良好的油水分离能力. 如图11（c）～（e）所示，未添加MASHGO前图（c），油滴均匀分布在水中，添加MASHGO 后（d）～（e），油滴被吸附并逐渐团聚，在以铷磁铁控制粉末移动时，油滴基本上全部从水中分离出.
文章来源：《中国表面工程》 网址: http://www.zgbmgc.cn/qikandaodu/2021/0508/591.html