由于極強(qiáng)的斥水能力，超疏水材料已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于表面自清潔，水油分離以及抗腐蝕等多種領(lǐng)域。隨著超疏水材料的不斷發(fā)展，復(fù)雜的使用環(huán)境對(duì)其提出了更多功能性要求，如對(duì)外界環(huán)境的感知，對(duì)水滴的黏附力可控等等。然而，由于目前制備超疏水材料的原料多為高分子化合物（聚二甲基硅氧烷，聚丙烯等）或無(wú)機(jī)氧化物（二氧化鈦，氧化鋅等），這些原料多數(shù)并不能提供實(shí)現(xiàn)超疏水材料多功能的基礎(chǔ)性質(zhì)。因此，如何制備智能超疏水材料仍然是超疏水領(lǐng)域所面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

    近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所王榮國(guó)教授團(tuán)隊(duì)利用自組裝技術(shù)和沸騰浸泡的方法研制出一種對(duì)水滴具有可控黏附性的聚丙烯/石墨烯超疏水材料。更為重要的是，該材料能夠通過(guò)自身電阻的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)下落水滴的感知。這種智能超疏水材料有望被應(yīng)用于微液滴無(wú)損運(yùn)輸和感知外界雨滴。相關(guān)研究成果以“A self-sensing, superhydrophobic, heterogeneous graphene network with controllable adhesion behavior”為題發(fā)表在知名期刊Journal of Materials Chemistry A 期刊上，并被評(píng)選為2018 Journal of Materials Chemistry A HOT Papers。該論文第一作者為丁國(guó)民博士，矯維成教授為通訊作者。

圖1 具有不同聚丙烯涂層量的聚丙烯/石墨烯材料的形貌

    該項(xiàng)研究以具有開孔微球結(jié)構(gòu)的石墨烯網(wǎng)絡(luò)為基底，利用沸騰浸泡的方法將聚丙烯涂覆在石墨烯基底表面。并且通過(guò)控制浸泡時(shí)間制備出了表面具有不同聚丙烯涂層量的材料。

    圖2 不同聚丙烯/石墨烯材料的超疏水性，對(duì)水滴的黏附性及其在微量水滴定向無(wú)損運(yùn)輸方面的應(yīng)用

    此項(xiàng)研究結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)制得的所有聚丙烯/石墨烯材料均表現(xiàn)出超疏水性，但具有不同聚丙烯涂層量的材料對(duì)水滴的黏附力明顯不同。因此，該種材料的黏附性可通過(guò)控制浸泡時(shí)間來(lái)調(diào)控。該文利用這些具有可控黏附性的超疏水材料完成了微量水滴的定向無(wú)損運(yùn)輸。

圖3 聚丙烯/石墨烯超疏水材料對(duì)下落水滴的自感知能力及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)

    由于采用新型的沸騰浸泡的方法，聚丙烯僅涂覆在石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的表面，而網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部并沒有被聚丙烯覆蓋。基于這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)和石墨烯自身的氣敏特性，具有低黏附性的聚丙烯/石墨烯材料能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)下落水滴的自我感知。當(dāng)水滴滴落在其表面時(shí)，其攜帶的水蒸氣能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與內(nèi)部的石墨烯接觸，從而導(dǎo)致石墨烯與水蒸氣之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，致使材料的電阻產(chǎn)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水滴的感知。另一方面，低黏附性的超疏水表面還能使下落的水滴迅速?gòu)椬撸瑥亩鴮?shí)現(xiàn)材料的快速恢復(fù)。因此，該種智能材料在感知外界環(huán)境方面（如降雨）具有重要應(yīng)用價(jià)值。

    原文鏈接：

    http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta06303f#!divAbstract

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