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石墨烯基超疏水材料制备及其应用研究进展(6)
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摘要：图11 石墨烯基超疏水聚氨酯材料油水分离测试图. （a）轻油；（b）重油[32]；（c～e）分别为MASHGO添加前、中、后的油水分离实验图及局部扫描电镜图[65]
图11 石墨烯基超疏水聚氨酯材料油水分离测试图. （a）轻油；（b）重油[32]；（c～e）分别为MASHGO添加前、中、后的油水分离实验图及局部扫描电镜图[65]Fig.11 Graphene-based super-hydrophobic polyurethane material oil-water separation test: (a) light oil; (b) heavy oil[32]; (c-e) are the oil-water separation experiment and partial SEM before, during, and after MASHGO addition[65]
3.4 耐腐蚀
金属防腐是科学和生活关注的重点方向，涂层防护是金属防腐中简便的方法. 在金属材料上涂覆或构造超疏水表面，可以减少腐蚀性液体与金属表面的接触，隔绝水分和霉菌，起到很好的防护作用. 在石墨烯超疏水表面的研究中也证实，添加石墨烯材料的超疏水涂层防腐蚀性能得到进一步提高. Sadeghian等[66]在铜表面制备出石墨烯基疏水杂化涂层，与裸铜腐蚀能力对比，其防腐蚀性能提高15倍，呈现出优异的防护性能. Asaldoust等[67]通过表面改性法在氧化石墨烯表面合成了磷酸锌化合物，制备成石墨烯基超疏水涂层. 该涂层显著提高盐雾试验中低碳钢的耐蚀性能，如图12所示.
图12 盐雾试验照片. 纯环氧树脂 168 h（a）和 336 h（b）；磷酸锌改性氧化石墨烯环氧树脂 168 h（c）和 336 h（d）[66]Fig.12 Visual state of salt spray test: 168 h (a) and 336 h (b) of blank epoxy resin; 168 h (c) and 336 h (d) of epoxy/GO-ZnP[66]
3.5 抗菌性
超疏水涂层在抗菌方面也有很大的应用，主要应用在生物、医学、食品包装以及工业和船舶设备等领域，而且应用范围正在逐步扩大. Ouadil等[68]制备出石墨烯/银纳米颗粒（PET-G/Ag）改性疏水聚氨酯织物，研究结果表明，PET-G/Ag改性的疏水聚氨酯织物可明显改善原织物的疏水和抑菌性能，呈现出优异防护性能，其可为医疗、纺织和水处理等领域的抗菌材料发展提供技术支撑.Jiang等[69]用激光诱导法在玻璃基板上制备了石墨烯基超疏水涂层，该涂层在阳光照射时可在2 min内将表面温度加热至55 ℃，并在10 min内稳定在60 ℃，显示出高的热转化率和超疏水性能. 通过超疏水和吸热升温的协同作用，可使阳光照射下细菌数量减少率超过99.99%，如图13，即使无阳光照射也仍能保持99.87%的细菌减少率. 并且，该涂层可快速涂覆到各种基材上，在多种抗菌领域均有广泛应用前景.
图13 大肠杆菌菌落图及其扫描电镜图[69]. 未经阳光照射的 PDMS（a，d），玻璃（b，e）和石墨烯涂层（c，f）；经 10 min 阳光照射的 PDMS（g，j）；玻璃（h，k）；石墨烯涂层（i，l）Fig.13 Colony of Escherichia coli and its SEM[69]: PDMS (a,d), glass (b,e), and graphene-coated glass (c,f) without sunlight glass; PDMS (g,j), glass(h,k), and graphene-coated glass (i,l) after 10 minutes of sunlight glass
4 结语与展望
综上所述，本文基于超疏水现象，说明了石墨烯超疏水材料的发展状况，分析了超疏水理论模型，综述石墨烯基超疏水材料的制备技术的国内外研究现状，并对其应用现状进行了分析. 总体来看，石墨烯超疏水材料在油水分离、自清洁、防覆冰、耐腐蚀、抗菌等方面表现出巨大的应用价值，尤其在新冠病毒全球流行的今年，石墨烯基超疏水涂层的协同抗菌能力若用于口罩制作，将对疫情防控产生较大积极影响[25]. 目前，大规模生产和应用石墨烯超疏水涂层还存在一定困难，还有很多亟待克服的技术难题，主要体现在以下几个方面：
（1）在规模化生产方面，生产成本高，工艺繁琐复杂，是阻碍石墨烯超疏水涂层大规模应用的主要原因；
（2）在长效性服役方面，石墨烯超疏水材料表面的机械稳定性和化学稳定性仍待提高，涂层表面易因机械磨损而失效；
（3）在综合性防护方面，现代表面处理技术对涂层综合性能的要求逐步提升，而石墨烯超疏水表面在防护机理上的研究严重不足，阻碍其综合防护性能的进一步提升.
为进一步适应生产需要，研究人员可从以下几个方面着手进行探索.
（1）优化石墨烯基超疏水涂层的制备工艺及综合性能. 石墨烯基超疏水涂层作为一种前景广阔的材料，对其应用阻碍最大的还是工艺和性能问题. 工艺流程要进一步简化，生产成本要进一步降低，制备时间要进一步减少，机械强度要进一步增加，综合性能要进一步丰富，只有性能足够优异，才能推动生产力发展，促进产业升级，也才能有更多资源投入到未来探索中;
（2）深化石墨烯基超疏水表面的作用机理研究. 现阶段的研究报道中，根据实验现象得出具体结论的实验性文献偏多，而对具体现象深入进行机理分析的探究性报道较少. 缺少足够的理论支撑，会导致超疏水表面的研究无法摆脱盲目性的束缚，难以在更高维度上从设计角度出发制造所需材料;
文章来源：《中国表面工程》 网址: http://www.zgbmgc.cn/qikandaodu/2021/0508/591.html