Advanced Materials:仿生矿化高透、高强的水下超疏油膜

水下超疏油材料在诸多领域都有着广阔的应用前景,尤其是针对频发的石油泄露事故。为实现水下超疏油,通常需要材料表面具有微/纳米结构和较高的表面能。然而,微纳结构的存在会使得材料变得不透明。水凝胶材料可以大幅提高水下超疏油表面的透明性,但是这些材料机械强度较差,很脆弱,难以在恶劣的海洋环境中使用。因此,开发同时具有高透明性和高机械性能的水下超疏油材料仍然是一个极大挑战。

天然珍珠层具有优异的力学性能,这主要取决于其独特的层状分级结构以及化学组成(约含5%有机基质和95%无机文石)。有趣的是,从天然珍珠层剥离的矿化薄膜在水下具有较高的透明度和稳定的超疏油性。温州医科大学王佰亮教授与中国科学院理化技术研究所王树涛研究员、孟靖昕副研究员团队合作,结合超铺展技术和生物矿化策略,制备出了贝壳启发的矿化膜(NIM),具有高透明、高机械强度以及水下超疏油性能。传统的水下超疏油材料由于表面存在大量微纳结构而透明度较差,NIM膜则显示出了高光学透明性,在水中可达到92%。该矿化膜可以涂覆在玻璃片、PS、PET和PP等多种透明基材上,同时保持其高度透明性。与已经报道水下超疏油材料相比,包括双网络水凝胶和有机无机复合材料,NIM膜具有最高的硬度和杨氏模量。在严酷的外力冲击,如砂纸打磨等,遭到破坏的结构以及超疏油性能通过简单的再次生物矿化即可恢复。将游泳镜浸入被油污染的水箱中,实验结果显示涂有NIM膜的部分是透明干净的,而无涂层的部分则被染色。

研究者认为该膜材料在化学成分和物理结构上与珍珠层薄膜均高度相似,有望在水下光学和生物成像等领域得到应用。相关结果发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201907413)上。并选为当期Frontispiece。本文第一作者为陈伟硕士、张鹏超博士,论文的通讯作者为王树涛研究员、王佰亮教授、孟靖昕副研究员。