開發(fā)一種完全不沾油但完全親水（超疏油/超親水）材料在諸如油水分離等許多領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。以往的過濾分離法采用親油/疏水材料實現(xiàn)阻水通油，這存在著兩個嚴(yán)重問題，首先是相對水而言油的粘度較高，容易附著在過濾網(wǎng)孔上使網(wǎng)孔堵塞，大幅降低過濾效率；另外一方面由于水的密度較大，重力作用下水先接觸過濾網(wǎng)膜，容易在網(wǎng)膜表面形成水膜，而密度較小的油只能浮在水膜上方使得分離無法持續(xù)。而開發(fā)超疏油/超親水材料則可從根本上解決上述問題，用它制成的油水分離網(wǎng)膜可以完全阻隔油且不沾油，而水則可以順利通過，這就避免了高粘度油對網(wǎng)孔的堵塞。并且由于水的密度較大，在重力作用下可以直接通過分離網(wǎng)膜實現(xiàn)油水分離，使得分離效率大幅提高。

    根據(jù)表面能理論，油具有比水更低的表面能，要實現(xiàn)疏油需要極低表面能固體材料，這種固體表面對于較高表面能的水來說也“一定”是疏水的。這就為開發(fā)超疏油/超親水材料造成了很大的困難。目前通常的實現(xiàn)方式是將超親水材料浸潤在水中，在水下得到超疏油/超親水性能，然而這種通過非直接方式得到的超疏油/超親水性依賴水膜的存在才能穩(wěn)定保持其特殊潤濕性，一旦水膜破損材料將迅速被油污染，因此實際應(yīng)用困難。

    哈爾濱工業(yè)大學(xué)的趙學(xué)增教授與潘昀路副教授所帶領(lǐng)的課題組“微納測量與表征實驗室（MLM&C）”日前針對這一問題實現(xiàn)了突破。他們通過構(gòu)造短直氟鏈表面活性劑與極性親水基團(tuán)組成的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，使表面實現(xiàn)了真正意義上的超疏油與超親水性的共存。由于短直氟鏈的存在，且油與極性基團(tuán)沒有強(qiáng)的相互作用，油在材料表面呈現(xiàn)超疏態(tài)，而由于水與極性基團(tuán)之間有著強(qiáng)相互作用，而氟鏈又直又短，為水分子與極性基團(tuán)的“親密結(jié)合”創(chuàng)造了空間條件，使得水在材料表面迅速呈現(xiàn)超親態(tài)。這種涂層可以通過噴涂的方式附著在幾乎任何一種固體表面上，下圖展示了涂覆有這種涂層表面的超疏油和超親水性。

    同時，該研究團(tuán)隊還針對超浸潤表面機(jī)械耐久性問題開展了研究，提出通過層層噴涂實現(xiàn)功能顆粒與高粘性膠粒均勻混合方式構(gòu)造特殊潤濕性功能表面，大幅提高了所制備涂層的機(jī)械耐久性（8-10倍），可在砂紙的持續(xù)摩擦下保持潤濕性能不變，也可在人的大力揉搓下保持其超疏油/超親水性。

    下圖為將該涂層涂覆到不銹鋼網(wǎng)表面，實現(xiàn)了高效的油水分離：

    此外，利用該涂層還可以對油滴實現(xiàn)定向運輸，在傾斜表面上用毛筆沾水畫出軌跡后，可使油滴將表面沿著軌跡移動，如下圖所示。

    研究報告發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》雜志，第一作者是博士研究生李斐然，通訊作者是潘昀路副教授，哈爾濱工業(yè)大學(xué)是該文章的唯一署名單位。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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