Page 21 - 《精细化工》2020年第12期
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第 12 期                    高   姗,等:  自修复超疏水材料的制备及功能化研究进展                                 ·2383·


            受到一些因素的制约,例如:低熔点物质的使用会                             溶液喷涂到基材上,待溶剂挥发后即可得到超疏水
                                                                                            2
            导致材料使用性能的稳定性下降、形状记忆聚合物                             涂层。该涂层在光照(1000 W/m )下的太阳热转化
            的力学强度较低、二硫键的键能相对较弱且其价格                             效率达到 82.2%。此外,该涂层表面在受到损伤时,
            较高等。因此,要根据具体的工作环境和应用领域                             能够通过蜂蜡向损伤处的迁移使其恢复超疏水性和
            来选择合适的自修复超疏水材料。                                    自清洁性。他们设计并制作了基于该涂层的便携式
                                                               太阳能淡水装置,经过 3 h 的太阳光照射可收集到
            3    功能化自修复超疏水材料                                   32.4 g 淡水。ZHANG 等    [60] 将光热材料聚吡咯(PPy)

                                                               沉积在不锈钢(SS)筛网上,然后采用氟硅烷对 PPy
                 为进一步拓宽自修复超疏水材料的应用领域,
                                                               涂层进行疏水改性,得到可光热转化的自修复疏水
            研究者们通过结构设计或引入特殊物质,赋予自修
                                                               不锈钢筛网。经 O 2 等离子体处理后,筛网变为亲水
            复超疏水材料不同的功能(如防腐、导电、光热转
                                                               性。经太阳光照射 1 h 后,筛网的表面温度可上升
            换、抑菌、热致变色等),开发出功能化自修复超疏
                                                               至 53 ℃,会加速氟硅烷向表面的迁移,从而使其恢
            水材料。
                                                               复疏水性。在此基础上,该课题组还设计并制作了
            3.1   可防腐的自修复超疏水材料
                                                               一种简单一体化的太阳能蒸馏装置(装置中设有尺
                 金属材料易受到氧化或者电化学腐蚀而失效,中                                   2
            国每年因金属腐蚀所造成的损失超过百亿元                     [54-56] 。  寸为 120 cm 的疏水 SS 筛网),如图 11 所示。将该
                                                               装置置于海面上,经自然光照射 5 h 后,可采集 9.0 g
            而可防腐的自修复超疏水涂层能够有效保护金属表
                                                               淡水。
            面并保持其高强度,延长其使用寿命。
                 QIAN 等 [57] 制备了基于缓蚀剂苯并三唑(BTA)
            和环氧基形状记忆聚合物(SMP)的自修复超疏水
            防腐涂层。将涂敷有该涂层的铁基板在受损和加热
            修复后分别浸入质量分数为 3.5%的 NaCl 溶液中,
            通过电化学阻抗谱(EIS)和光学显微镜对表面腐蚀
            情况进行了分析,BTA 质量分数为 5%的涂层防腐
            蚀效果最好。此外,加热能够有效促进 SMP 的本体
            运动和 BTA 的释放,使涂层伤口得到愈合,从而继
            续发挥涂层对铁基板的防腐蚀作用。

                 UZOMA 等   [58] 将含有氟碳树脂和脲醛树脂微胶                  图 11   用于淡水生产的一体化太阳能蒸馏装置示意图               [60]
            囊的溶液喷涂到铝合金基板上,制备了自修复超疏                             Fig. 11    Schematic  illustration of the all-in-one solar  distillation
                                                                     for freshwater production [60]
            水复合涂层。该涂层经过碱液或 O 2 等离子体处理后
            失去疏水性,但在室温下放置 8 d 后,微胶囊中的                          3.3    可导电的自修复超疏水材料
            氟硅烷会缓慢释放并迁移至表面,使涂层恢复超疏                                 在受到水或灰尘的影响后,导电材料的电导率
            水性。将覆盖该涂层的铝合金板浸入质量分数为                              稳定性会下降,从而影响其正常工作,严重时甚至
            3.5%的 NaCl 溶液中,并利用 EIS 评估浸泡 360 h 后                会产生安全事故。而可导电的自修复超疏水材料不
            的涂层的抗腐蚀性能。与不含微胶囊的涂层相比,                             仅具有自清洁性和优异的拒水性能用以保障使用的
            含有微胶囊的涂层具有较高的初始阻抗和最终阻                              安全性,而且通电后所产生的热量还有利于加速材
            抗,表明其对铝合金板具有良好的防腐蚀效果。                              料受损后的自修复过程,提高材料的循环使用性。
            3.2   可光热转换的自修复超疏水材料                                   LI 等 [61] 构建了由脲基-嘧啶酮(UPy)的超分子
                 光热转化材料可将太阳能转化为热能,多用于                          聚合物和 MWCNT 所组成的导电超疏水膜,其接触
            海水淡化领域。但是在使用过程中,光热转化材料                             角达到 168。如图 12 所示,该导电超疏水膜可作
            易受到水中含盐量、微生物或酸碱度的影响,使其                             为压阻传感器用以监测人体运动,在可穿戴电子领
            转化效率大幅下降,使用寿命也明显缩短。将光热                             域具有重要的应用价值。此外,由于 MWCNT 的疏
            转换功能与超疏水性和自修复性结合起来所制备的                             水性和超分子聚合基质的热愈合作用,在近红外光
            新材料,不仅在被污染时能够进行自清洁,还可以                             (808 nm)的照射下,该导电超疏水膜还可以实现
            在受到破坏后实现自修复,从而保持其高效的光热转                            在水中的本体自修复,可用于制作水下可穿戴及探
            换能力,在海水淡化领域具有重要的应用前景。                              测设备,在海啸等自然灾害的监测、军事防御、海
                 WENG 等  [59] 将蜂蜡、MWCNT 和 PDMS 的混合             底工程勘察等领域有潜在的应用前景。
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