東南大學張友法團隊在超疏水塗層領域取得系列進展

超疏水塗層在航空航天、制冷、石油化工、建築以及節能環保等領域有重要且廣泛的應用前景,但在磨損、刮擦等機械外力作用下塗層易破壞,且難修復。提升超疏水塗層耐磨性已是材料科學等領域國際前沿研究課題之一。為此,東南大學材料學院張友法團隊在耐磨超疏水材料設計、調控制備、界面特性以及相關機理研究等方面做瞭大量工作,並取得瞭系列研究成果,近期已在Advanced Materials InterfacesLangmuirSoft MatterChemical Engineering Journal等期刊上發表多篇論文。

1、底漆-面漆復合法制備多功能超疏水塗層

通過FEVE樹脂中-NH-R基團和聚氨酯PU中-NCO基團的鍵合,以及矽微粉摻雜增強,構建瞭強度高、韌性好、與基體結合牢的復合樹脂底漆,顯著提升瞭超疏水納米顆粒塗層的熱、化學和機械穩定性,可用於空氣濾芯防污染、長效抗結冰和循環油水分離等多種場合。測試表明,過濾-清潔循環5次後,有塗層的材料增重仍低於5%,而未處理的表面已超過20%;500g負重100圈磨耗儀循環後,其冰層剪切力仍低於100kPa;55次油水分離循環後,其分離效率仍高於97.5%。該論文在線發表於Wiley旗下著名表界面領域雜志Advanced Materials Interfaces上,並當選當期封面論文(Adv. Mater. Interfaces, 2020, 20200013),博士生肖振朱海燕為論文共同第一作者。

東南大學張友法團隊在超疏水塗層領域取得系列進展
圖1底面復合法制備耐磨超疏水塗層期刊封面,a-b磨輪磨損、凍融循環時潤濕性和c-d冰粘附強度變化

論文鏈接:

https://doi.org/10.1002/admi.202000013

2、底面合一法制備減摩耐磨超疏水塗層

研究者通過將底漆面漆混合,采用一步噴塗法制備的具有超強耐磨性的超疏水塗層。研究發現,硫化物自身的疏水性,對塗層粗糙度的提升以及摩擦系數的降低,是該塗層的主要協同增強機理(圖2)。該論文在線發表於ACS旗下老牌經典雜志Langmuir上,並當選當期補充封面論文(Langmuir 2019, 35, 6650−6656)。

東南大學張友法團隊在超疏水塗層領域取得系列進展
圖2底面合一法制備減摩耐磨超疏水塗層期刊封面,a-b磨輪磨損前後4:1比例塗層形貌變化,c塗層表層粗糙度及磨損前後對比

論文鏈接:

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b00690

3、靜電噴粉法制備耐磨超疏水塗層

隨後,將有機粉末顆粒和氟化SiO2納米顆粒混合,通過靜電噴粉法制備瞭一種粉末超疏水塗層;結果表明,氟化顆粒一方面使塗層加熱固化時因粘度增大難以流平而形成微納復合結構,另一方面會在塗層表層富集增加超疏水性,從而增加塗層的穩定性。該研究工作受到瞭Soft Matter雜志主編的邀稿,並當選當期封底論文(Soft Matter 2019, 15, 7374-7380)。

東南大學張友法團隊在超疏水塗層領域取得系列進展
圖3靜電噴粉法制備底面合一高強超雙疏塗層期刊封面,a-b苛刻外力和常規外力作用時塗層穩定機制及其c-d超疏水性變化

論文鏈接:

https://doi.org/10.1039/C9SM01278H

4、浸泡法制備可修復耐磨超疏水塗層

研究者采用樹脂與改性納米粒子混合後,在其半固化過程中,用樹脂材料的稀釋劑浸泡,將被包裹的納米粒子裸露出來,從而獲取超疏水性。在摩擦過程中,一旦疏水性失效,即可用稀釋劑再次浸泡,從而重新獲取這種超疏水性,這種可修復的塗層適用於各種材料基底,應用范圍廣泛。該項研究發表在瞭著名化工雜志Chemical Engineering Journal上(Chem. Eng. J. 2019, 369, 1–7)。

東南大學張友法團隊在超疏水塗層領域取得系列進展
圖4溶劑浸泡微結構自修復超疏水塗層示意圖,b砂紙摩擦時潤濕性,c摩擦損傷後循環自修復性,d磨損前、e磨損後和f自修復後表面形貌SEM圖片

論文鏈接:

https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.03.021

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