近日，我院微納機(jī)電系統(tǒng)研究團(tuán)隊在耐久超疏水微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)建機(jī)制中取得重要進(jìn)展。該研究受山體邊坡加固結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，采用飛秒激光光束整形原理，在金屬網(wǎng)絲表面構(gòu)建了微米尺度溝槽，亞微米尺度凸起與納米尺度褶皺的三級微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，研究中闡明了結(jié)構(gòu)在多載荷工況下的微觀形貌演化規(guī)律以及結(jié)構(gòu)損傷機(jī)制，并極大地提升了超疏水表面的機(jī)械耐久性，對于應(yīng)用在嚴(yán)苛工況下的超疏水表面而言意義重大。相關(guān)研究成果近期以題為“One-Step Fabrication of Robust Liquid-Repellent Mesh Induced by Femtosecond Laser（飛秒激光一步制備耐久超拒液膜基材料）”發(fā)表在影響因子16.744的國際權(quán)威期刊“Chemical Engineering Journal” (https://authors-elsevier-com-s.vpn.gxu.edu.cn:8118/a/1hDnW4x7R2gNks)。
荷葉表面與水滴接觸時在固-液之間形成“氣墊”，使水滴極易滾落，出現(xiàn) “自清潔”現(xiàn)象，為荷葉贏得出淤泥而不染的贊譽(yù)。近年來，通過仿生制造，開發(fā)出各式各樣具有“荷葉效應(yīng)”的超疏水材料，作為自清潔和油水分離的利器，已在工業(yè)、軍事、日常生活中大顯身手。遺憾的是，這些超疏水材料存在一個共性問題--表面微結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差，極大制約了其廣泛應(yīng)用。然而，微納米結(jié)構(gòu)是制備超疏水表面的關(guān)鍵，現(xiàn)有的超疏水材料在沖擊載荷或機(jī)械摩擦作用下，表面微納結(jié)構(gòu)坍塌，低表面物質(zhì)損耗，暴露底層材料，而出現(xiàn)親水位點，固-液間粘附力陡增，導(dǎo)致超疏水性能降低或消失，進(jìn)而失去自清潔效應(yīng)，降低油水分離效率。
論文的第一作者為我院助理教授劉黎明，通訊作者為尤暉教授，廣西大學(xué)是論文的第一署名單位。該論文受山體“邊坡加固”結(jié)構(gòu)的（如圖1所示）啟發(fā)，在金屬表面構(gòu)建了具有超疏水潤濕特性的三級尺度微納金屬網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)，進(jìn)而開發(fā)出一種機(jī)械強(qiáng)度大、耐久性強(qiáng)的新型超疏水多孔膜基材料，成功突破了上述技術(shù)瓶頸。實驗表明，這種材料的超疏水微納結(jié)構(gòu)具有類荷葉的自清潔功能，可抵抗生活中常見的液體如水、可樂、咖啡、雞蛋清液、果汁和牛奶等的潤濕，具有優(yōu)異的防污能力。更重要的是，面對水射流沖擊，2000次循環(huán)摩擦，400℃高溫處理以及1.6噸汽車碾壓等嚴(yán)苛機(jī)械測試后，仍具有自清潔能力。此外，該超疏水金屬網(wǎng)膜具有油相/水相選擇超浸潤特性，可自動“識別”油相或水相選擇性通過（如圖2所示）。這種材料表面的高強(qiáng)度三級微納結(jié)構(gòu)有望克服油水分離技術(shù)中，由于液體高速沖擊而導(dǎo)致涂層與基底脫離的缺點，在自清潔和油水分離應(yīng)用領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價值。
圖1 超疏水表面的微觀形貌及潤濕性表征
圖2 超疏水表面的自清潔和油水分離應(yīng)用
