广西大学尤晖教授/刘黎明助理教授/哈工大李斐然副教授《CEJ》：飞秒激光一步诱导构造耐久憎液金属网

通过揭示荷叶拒水现象背后的科学问题，研究人员发现具有低表面能的微纳结构，是实现材料表面抗浸润性能的必要条件。超疏水材料在防污和自清洁、油水分离等领域具有重要的应用前景。近年来，超疏水表面的制备虽然取得了显著的进展，但是限制其走向应用的瓶颈可归纳为1）制作成本高且复杂；2）原材料对环境不友好；3）超疏水微纳结构的机械耐久性差。超疏水表面长时间暴露在外，难免受到如载荷、温度、化学品侵蚀等作用，使得表面微纳结构坍塌，伴随低表面物质损耗，暴露底层材料而出现亲水位点，导致超疏水性能降低或消失，进而导致自清洁效应消失，降低油水分离效率。因此，从制造角度来说，超疏水表面的制备需要简便、低成本、环境友好且可规模化生产；从应用性能角度来说，兼顾耐磨损性、耐腐蚀性、耐高温性、抗冲击的超疏水表面的制备，具有极高的挑战性。

针对此问题，由广西大学尤晖教授领导的机械工程学院微纳机电系统研究团队开发出一种飞秒激光一步诱导构造耐久性憎液金属网的制备方法，研究人员受山体“边坡加固”结构启发，在金属网表面构建了具有高机械稳定和化学耐久性的超疏水三级尺度微纳结构，这种新的制备技术可应用于各类金属网（铁网、铝网、镍网、钼网、钛网等）中，极大简化了超疏水表面的制备工艺，生活中常见液体（水、可乐、咖啡、鸡蛋清液、果汁和牛奶）的接触角达到168°。该超疏水金属网呈现优异的防污能力和超高的机械耐久性，同时还具有油/水相选择超浸润特性，可自动“识别”油相或水相选择性通过。这种材料表面的高强度三级微纳结构有望克服由于机械磨损、液体高速冲击而导致涂层与基底脱离的缺点，在自清洁和油水分离等应用领域具有重大应用价值。相关研究成果以题为“One-Step Fabrication of Robust Liquid-Repellent Mesh Induced by Femtosecond Laser” 在《Chemical Engineering Journal》上发表。广西大学是论文的第一署名单位，机械工程学院刘黎明助理教授为论文的第一作者，尤晖教授和哈尔滨工业大学李斐然副教授为论文的通讯作者。

图一：飞秒激光一步制备SWRM示意图与成分分析

制备原理。将飞秒激光作用在与PDMS耦合的金属网膜表面，通过调控焦平面位置、扫描速度、激光功率和扫描间距，使PDMS气化，并同时填充再加工出的微槽结构内，获得超疏水金属网（SWRM），如图一所示。

图二：室外SWRM的机械耐久性和润湿性特性测试

耐久机制。激光诱导的三级微纳结构（如图一所示）由微米尺度沟槽、亚微米尺度侧壁凸起以及微槽底部的宽度为100 nm且间隔为200–300 nm的褶皱构成。设计这种微纳结构的目的是为表面抵抗外部载荷提供了“三重保险”，即使面对22.8m/s水射流冲击，2000次循环摩擦，400℃高温处理以及1.6吨汽车碾压等严苛机械测试后，仍具有自清洁能力，如图二所示。

图三：超疏水表面油水分离应用

总结：该工作提出了一种简单、无毒的超疏水表面制备技术，该超疏水材料兼顾了极强的机械耐久性和环境适应性，在自清洁、油水分离等应用领域具有重大应用价值。为超疏水表面制备提供了一个新思路。

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https://authors.elsevier.com/a/1hDnW4x7R2gNks

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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