新材料學(xué)院在簡單制備純無機(jī)T型超疏水材料方面取得重要進(jìn)展
近日，北京大學(xué)新材料學(xué)院吳忠振團(tuán)隊采用傳統(tǒng)的等離子體電解氧化工藝（PEO）開發(fā)了批量制備純無機(jī)超疏水氧化鋁的新方法，該技術(shù)可以一次性在鋁合金表面構(gòu)建出類荷葉狀的T型微納結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出強(qiáng)大的環(huán)境魯棒性能。
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據(jù)悉，超疏水材料在防水防霧、防結(jié)冰、水中減阻等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，是界面科學(xué)的重要研究方向。但由于超疏水性能的實現(xiàn)大多需要含F，Si的有機(jī)低表面能物質(zhì)修飾，其機(jī)械、高溫穩(wěn)定性以及耐久性都受到極大挑戰(zhàn)。
2014 年美國加州大學(xué)洛杉磯分校的Chang-Jin Kim教授提出設(shè)計特定T型結(jié)構(gòu)改變液滴潤濕受力方向，即可使任何高表面能材料實現(xiàn)超疏水性能[Science, ?2014, 346(6213): 1096-1100]。然而這種上寬下窄型微納結(jié)構(gòu)的制備存在效率低、成本高的問題，無法實現(xiàn)大面積的簡單制備。
課題組團(tuán)隊借鑒電化學(xué)原理，通過計算機(jī)仿真設(shè)計電場強(qiáng)度在涂層中的分布，并通過改變PEO電解液特性，利用PEO涂層中天然產(chǎn)生的孔洞結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)定向刻蝕，從而實現(xiàn)了上寬下窄的荷葉狀微納結(jié)構(gòu)的批量簡單制備，具體制備過程如示意圖1所示。該方法工藝簡單，易規(guī)?；?/span>批量制備，成本低，具有較大的工業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢。
圖1? 類T型結(jié)構(gòu)無機(jī)超疏水氧化鋁涂層制備示意圖
通過對制備結(jié)構(gòu)的氧化鋁涂層的表面測試發(fā)現(xiàn)，獲得的無機(jī)氧化鋁涂層在不經(jīng)任何有機(jī)修飾即可實現(xiàn)150±3°的水滴接觸角和8±2°的水滴滾動角，表現(xiàn)出有優(yōu)異的超疏水性能。而且，該結(jié)構(gòu)無機(jī)超疏水涂層具有無機(jī)陶瓷材料獨特的耐候性、耐火性以及耐腐蝕性能，在360天日光下暴曬、火焰燃燒以及中性鹽霧腐蝕環(huán)境中，均能保持明顯的超疏水特性，如圖2所示。
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圖2? 類T型結(jié)構(gòu)無機(jī)超疏水氧化鋁涂層的浸潤性和穩(wěn)定性
相關(guān)工作以題目“ Scalable Superhydrophobic T-shape Micro/nano Structured Inorganic Alumina Coatings”的文章發(fā)表在化學(xué)工程領(lǐng)域頂級期刊 Chemical Engineering Journal上。該工作是課題組針對第三代純無機(jī)超疏水材料研究的系列工作之一，結(jié)合之前發(fā)表在《Research》期刊上的θ-Al2O3相超疏水涂層材料，正式揭開了常規(guī)等離子體電解氧化技術(shù)簡單制備超疏水純無機(jī)陶瓷涂層的序幕！
論文鏈接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894720342583
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