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灵感来源于自然现象的高仿防污疏水涂层

派旗纳米 浏览次数:1009 分类:行业资讯

多种多样的自然界为原材料行业科研给予了源源不绝的设计灵感。比如,学者效仿菏叶等绿色植物的亲水性叶片构造,完成了各种各样超疏水镀层或原材料表层的构建。研究表明,原材料表层的微结构构造和表皮材质的低表面特点是构建超疏页面的主要因素。含氟量高聚物原材料,如聚四氟乙烯(PTFE)做为典型性的低表面原材料被普遍的运用于不粘锅涂层、化学变化设备防腐镀层及其高耐侯防腐蚀镀层等不一样主要用途。近期,怎样根据仿生技术基本原理授予PTFE原材料微结构构造,以进一步提升其疏水性能、扩展其使用范畴变成超疏原材料行业科学研究焦点之一。

 

近日,中国台湾中兴大学的薛涵宇(Han-Yu Hsueh)博士研究生等学者从大自然中具备生态性绿色植物叶面表层构造吸取设计灵感,根据将PTFE保湿乳液(颗粒物)喷漆在传统式高聚物聚乙烯(PS)底材产生多孔结构不光滑构造,进一步根据PS底材的诱发收拢产生μm限度的表层褶子构造,取得成功构建水表面张力>167°、翻转角<5°的超疏水镀层。该新式超疏水镀层具备良好的设备可靠性,在自清理、耐污、减阻镀层层面具备关键的运用。

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绿色植物叶面表层的亲水性微结构构造。图片出处:ACS Appl. Mater. Interfaces

 

台湾省很多湿地植物的叶面表层都展现强疏水性。SEM表现表明其叶片遍布着μm级的褶子构造及其亚微米的不光滑构造,从而授予叶面表层去湿润特点以抵御病原菌、尘土等在叶片的粘附。根据仿生技术以上微结构复合型亲水性构造,科学研究精英团队采用商业化的的PTFE为低表面材料(表面18 mN m-1),根据将PTFE保湿乳液喷漆在传统式高聚物PS底材表层构建多孔结构亲水性构造,从而根据热诱发底材收拢产生褶子构造,简单的“copy”了湿地植物叶片外貌。

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仿生技术叶片构造全过程平面图。图片出处:ACS Appl. Mater. Interfaces

 

PTFE保湿乳液喷漆在PS表层,热处理工艺前PTFE由TMN-10表活剂覆盖产生相对性光洁表层;在热处理工艺全过程中TMN-10慢慢转移到底端与此同时PS收拢60%进而引起表层多级别褶子产生(1级、2级皱褶周期时间各自为~20 μm、5 μm),表层PTFE颗粒物呈密切排序遍布。热诱发解决30 min后产品表层水表面张力达到~167°、翻转角~2°,且可以维持长期性亲水性可靠性。

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热诱发构建表层微结构复合型亲水性构造。图片出处:ACS Appl. Mater. Interfaces

 

与此同时,学者发觉PTFE保湿乳液的固含量对最后产生微结构构造以及表层疏水性拥有主要危害。当PTFE保湿乳液浓度值为30 v/v%时,所构建表层疏水性做到最佳,所产生PTFE膜厚约为570 nm。

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PTFE浓度值对仿生技术原材料表层疏水性的危害。图片出处:ACS Appl. Mater. Interfaces

 

该方式构建的仿生技术超疏水镀层具备优越的耐污、抗腐蚀、耐紫外光及其耐热特性;在严苛的强酸强碱(泡浸)、油(泡浸)、UV(254 nm, 3.3 mW cm-2辐照度 24 h)及其从室内温度到100℃的宽温域标准下仍可以维持原始超疏水特性(水表面张力>160°)。

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仿生技术镀层非凡的特性可靠性。图片出处:ACS Appl. Mater. Interfaces

 

在机械设备可靠性层面,根据对镀层表层增加不一样负荷(1~4 kg W/cm2)的循环系统物理学损坏检测,其外观仍能保持稳定的镀层一致性。4 kg W/cm2高负荷损坏促使原材料的表面不光滑构造遭受一部分耗损,但其表层水表面张力仍达到147°、保持强疏水性。

镀层机械设备稳定性测试。图片出处:ACS Appl. Mater. Interfaces

 

该仿生技术镀层由PS、PTFE及表活剂组成,在小于200℃标准下具备良好的耐热性,在小于500℃标准下可以保持行为主体环氧树脂基材的可靠性。该出色的耐热性使其在宽温域应用场景下具备与众不同的使用优点。除此之外,该仿生技术镀层的超疏水、极低表面特点授予镀层出色的耐污、自清理特性,可以合理的抵触甲基蓝等染剂的环境污染。

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仿生技术镀层耐温性及自清理功能测试。图片出处:ACS Appl. Mater. Interfaces

 

汇总

该科学研究根据仿生技术绿色植物表层复合型不光滑构造,简单构建了PTFE基超疏水镀层。该仿生技术镀层在耐老化、耐蚀性、耐热性及其抗磨损等层面展示出非凡的特性。相比于传统式的商业化的PTFE镀层来讲,该研究中PTFE基镀层疏水性的明显提高将很大地扩展PTFE基镀层的运用范畴;与此同时也为建筑涂料行业别的低表面含氟量环氧树脂(如ETFE)的规模性开发设计运用带来了构思。

 

 

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