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创新 | 英国斯旺西大学开发新型防水,防污染的材料

中国腐蚀与防护网 2020-07-31 14:43:40


    斯威南大学能源安全研究所(ESRI)的科学家已经开发出了新材料,其具有无毒、经济的优点,并且有望替代用于防水和防污/起雾的更昂贵和危险的材料。


   此图为英国斯旺西科学家开发的新型防水防污材料,在喷涂的显微镜载片上纳米颗粒的功能化以及水滴的摄影图像的示意图。图片来源:斯旺西大学。


 

    具有可调润湿性的新一类纳米材料,从防污涂层到防水表面都有重要应用。 斯旺西大学科学家制作的材料价格便宜、无毒,可通过喷涂或旋涂来应用于各种表面。


    由Shirin Alexander博士和Andrew Barron教授领导的研究人员将他们的发现发表在了美国化学学会期刊ACS Omega上。


    喷涂的纳米材料为表面提供了一个纹理,不论其基质,并基于其定制的功能选择的官能团,均可以将表面从超亲水(水润湿)改变为超疏水(防水)的表面。


    斯旺西大学湾校区能源安全研究所的硕士生Wafaa Al-Shatty对高表面能材料的低表面能进行了制备和测试。


    在实验中,她使用烃线性和支化羧酸(具有不同的表面能)合成氧化铝纳米颗粒,以证明疏水性可以很容易地根据化学官能度的性质来进行调节。研究表明,有机链的微妙变化使其能够控制表面润湿性、粗糙度、表面能和纳米粒子作为表面活性剂的能力。


    粗糙度增强了疏水性和亲水性。具有甲氧基( -OCH3)功能的纳米粒子具有很高的表面能,因此具有超亲水性能。另一方面,支链的碳氢化合物减少了表面能量。尖的(支化)链是第一道防线,与表面粗糙(在两种情况下由纳米粒子引起)。这种粗糙表面是疏水材料的一个特征,可以捕捉一个空气层,最大限度地减少了表面和水滴之间的接触,使他们可以滑落。


    为了具备超疏水性,材料必须具有大于150度的水接触角,而超亲水的表面材料其表面具有低于10度的水接触角。接触角是水表面与材料表面相交的角度。即使是在不同的涂层技术和刻蚀温度,这种材料也具有很好的特性,潜在应用包括可用于海洋的减小摩擦涂层。


    烃类超疏水材料可以是通常用于超疏水应用的昂贵的有害碳氟化合物的“绿色”替代物。Alexander 说:“他们还能够通过表面活性剂来降低各种油类、水乳溶液的界面张力。对理解超疏水和超亲水性纳米颗粒之间的关系,以及所得到的油的稳定性,乳液性质和油/水边界处的界面张力是非常有启发性的,从而可以极大地有益于未来通过增强的油回收油的更高效率(EOR)的方法。


    该团队正在努力改善该材料对各种基材的耐用性,以及在寻找大规模应用到表面。



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