【背景簡(jiǎn)介】

    超疏水表面，與水的接觸角大于150°且滑動(dòng)角小于10°，由于它具有自清潔、減阻、耐腐蝕以及防冰等潛在的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，因此吸引了越來(lái)越多的關(guān)注。在過(guò)去的幾十年中，人們采用各種方法將低表面能與不同基材上的微-納米分層結(jié)構(gòu)相結(jié)合用來(lái)制備超疏水表面。然而，由于太陽(yáng)光作用、化學(xué)腐蝕及機(jī)械損傷，人工超疏水表面中最上層的低表面能材料的分解和/或微-納米分層結(jié)構(gòu)的分解使其很易于失去超疏水性。因而，較差的耐用性成為了限制人造超疏水表面實(shí)際應(yīng)用的重要因素。

    來(lái)自吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院納微構(gòu)筑化學(xué)國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、超分子結(jié)構(gòu)與材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的孫俊奇教授研究小組首創(chuàng)了通過(guò)在分層結(jié)構(gòu)的多孔聚電解質(zhì)膜中預(yù)埋疏水表面活性劑制備出具有較好的耐用性和較長(zhǎng)的使用壽命的自修復(fù)超疏水薄膜。一旦薄膜表面上的疏水表面活性劑開(kāi)始分解，預(yù)埋的疏水表面活性劑將在自由能驅(qū)動(dòng)下遷移至受損表面區(qū)，從而使薄膜的超疏水性實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)。然而，上述方法所制造的自愈合/可修復(fù)超疏水表面只能修復(fù)由于表層擦傷引起的低表面能材料分解所帶來(lái)的損壞。如何實(shí)現(xiàn)反復(fù)修復(fù)由于嚴(yán)重的機(jī)械損傷帶來(lái)的超疏水性損失，制備出新型的自愈合/可修復(fù)超疏水性薄膜，仍然是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。

    近日，該研究小組通過(guò)在熱修復(fù)的PCL（聚已酸內(nèi)酯）/PVA（聚乙烯醇）復(fù)合膜上沉積一層AgNPs-AgNWs （銀納米顆粒和銀納米線(xiàn)），隨后在沉積一層PFDT（1H,1H,2H,2H-全氟癸基硫醇）制備出導(dǎo)電的超疏水薄膜，該薄膜在外加電壓或NIR（近紅外）光照下可以實(shí)現(xiàn)自修復(fù)。

    【圖文導(dǎo)讀】

    圖一：

    a）可修復(fù)超疏水PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜的制備過(guò)程示意圖。

    b-d）表示AGNPs-AgNWs/（PCL/ PVA）* 7薄膜制備過(guò)程中掃描電鏡的俯視圖：b）AgNWs/PC（L/ PVA）* 7薄膜；c）Cu修飾的AgNWs/（PCL/ PVA）* 7薄膜；d）AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7膜。b-d中的插圖分別給出了PFDT沉積后各類(lèi)薄膜相應(yīng)的水接觸角，通過(guò)制備過(guò)程中不同薄膜水接觸角的變化可以看出其中d圖中的薄膜屬于超疏水薄膜。

    圖二：

    a）不同外加電壓下， 尺寸大小為10 mm×30 mm的PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。

    b）外加電壓為6 V時(shí)，尺寸大小為60 mm×60 mm的超疏水PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7 薄膜除雪測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

    c）外加電壓為4 V時(shí)，PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7 薄膜的水接觸角和溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。

    圖三：

    a–d）尺寸大小為10 mm×30 mm的PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7 薄膜帶有約136μm寬切口時(shí)的掃描電鏡圖及其在外加電壓4V時(shí)修復(fù)后的掃描電鏡圖：

    a）被切后的PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜，插圖為水滴在倒置膜中受損區(qū)域處的形狀。

    b）a中所示切口邊緣的放大掃描電鏡圖，箭頭所指處為裸露的（PCL/ PVA）* 7膜。

    c）a中帶有切口的薄膜修復(fù)后掃描電鏡圖，插圖為水滴在膜愈合區(qū)域處的形狀。

    d）該膜的愈合區(qū)域的放大掃描電鏡圖。

    e）不同外加電壓下，尺寸大小為10mm×30mm的PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7 薄膜可以有效修復(fù)的最大切口寬度。插圖為不同外加電壓下，PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7 薄膜修復(fù)前后的掃描電鏡圖。插圖中的比例尺均為50μm。

    圖四、 PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜的自修復(fù)過(guò)程示意圖

    圖五：

    a、b）外加電壓為4V時(shí)，具有寬約650μm切口的尺寸大小為10 mm × 30 mm PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜修復(fù)前（a）后（b）的掃描電鏡圖。

    c）b中薄膜修復(fù)區(qū)域邊緣的放大掃面電鏡圖。

    d、e）外加電壓為4V時(shí)，具有寬約380μm切口的尺寸大小為10 mm×30 mm PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜修復(fù)前（a）后（b）的掃描電鏡圖。

    f）e中薄膜修復(fù)區(qū)域邊緣的放大掃面電鏡圖。

    a、d、e中的插圖給出了水滴在膜相應(yīng)破壞區(qū)域和修復(fù)后區(qū)域的的形狀。

    圖六：a、b）具有寬約72μm切口的PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜，在812nm NIR（近紅外光）照射下修復(fù)前（a）后（b）的掃描電鏡圖。

    c）外加電壓為4V時(shí)，尺寸大小為10 mm×30mm PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜及其近紅外修復(fù)后溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。

    【小結(jié)】

    導(dǎo)電超疏水薄膜中的AGNPs-AgNWs層不僅可以提供微-納米分層結(jié)構(gòu)，使其具有超疏水性，而且還可以用作電熱或光熱加熱器，從而在外加電壓或低功率近紅外作用下使底層的PCL/ PVA膜的自修復(fù)。因?yàn)镻CL/ PVA膜和AGNPs-AgNWs層之間具有將強(qiáng)的粘附力，所以PCL/ PVA膜的修復(fù)性能會(huì)成功轉(zhuǎn)移至整個(gè)導(dǎo)電超疏水層，這就使得該導(dǎo)電超疏水薄膜可以快速地反復(fù)修復(fù)由幾百微米寬切口引起的超疏水性能的損失。電熱性及超疏水特性相結(jié)合賦予了可修復(fù)導(dǎo)電超疏水薄膜更久的耐用性和更加有用的自清潔、防冰、除雪的能力，具有很好的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。