【写作竞赛】新型防油污材料:海水中稳定的超疏油薄膜

超疏油表面在自清洁、流体输送、防生物粘附等领域有广阔的应用前景。近几年来,轮船及海上石油泄漏,严重影响了环境、海洋生物、生态系统,迫切需要开发出一系列具有水下超疏油、低粘附性质的界面材料。大多数的超疏油材料高度依赖于昂贵的氟化物的修饰,或复杂繁琐的微纳结构的制备。并且在海水环境中,这些水下超疏油涂层不能保持其结构的稳定性。所以,迫切需要通过简易方法制备在高离子强度环境中具有极好稳定性的水下超疏油材料。

最近,中国科学院化学研究所有机固体重点实验室王树涛研究员课题组通过层层自组装方法制备出离子诱导的超疏油、低粘附薄膜,并在高离子强度的仿造海水中展现出极好的环境稳定性。

层层自组装方法(layer-by-layer self-assembly, LBL)是上世纪90年代快速发展起来的一种简易、多功能的表面修饰方法。基于此,研究组通过此种方法将带有0.5 M NaCl浓度的聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDDA)和柠檬酸包裹的金纳米离子(AuNPs)制备成有机/无机杂化薄膜((AuNPs/PDDA)7-salt)。在水环境中,测试油滴1,2-二氯乙烷在((AuNPs/PDDA)7-salt)薄膜上呈现球形,测得接触角是168.3±0.6°,粘附力为2.0±4.4 μN,展现出超疏油、低粘附的性质。

研究组同时研究了在高离子强度下薄膜的稳定性。将薄膜浸泡在仿造海水中不同天数(1,4,8,10天)后,测得水下油滴接触角在159±1.6°与168±1.1°之间,最大的粘附力为3.7±8.4 μN,展现了在高盐浓度下,薄膜极好的化学及结构稳定性。

研究组提出:高盐浓度所引起的聚合电解质卷曲和金纳米离子的聚集使薄膜具有水下超疏油、低粘附性质。在高离子强度的仿造海水中,制备的有机/无机杂化薄膜更加粗糙和更高含水率,赋予薄膜超疏油和水下低粘附的性质。这一研究对控制自清洁性质提供了新对策,并且促进了性质稳定的水下超疏油薄膜的发展。同时,这种界面材料在生物粘附、微流控、工业金属清洁和海洋防污涂层等领域有广阔的应用前景。

作者简介:

彭继涛,2010年本科毕业于山东理工大学,获工学学士学位。现于北京科技大学生物工程与传感技术研究中心攻读硕士学位,师从许利苹副教授。研究方向是纳米材料的制备、组装及性质应用研究。