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通过纳米纤维素与石墨烯协同作用,金属所科研人员制备出超双亲聚氨酯海绵
2017-12-04   金属研究所 【

  超双亲材料表面同时具有超亲水和超亲油的性能,是一种特殊的材料表面性质。近期,金属所研究人员利用纳米纤维素和石墨烯的协同作用,通过浸涂法获得超双亲聚氨酯海绵。该超双亲海绵对水和油类的接触角为0o,能够在短时间内迅速吸附水和油。该项成果为制备具有特殊浸润性能的多孔弹性材料及其复合材料提供了新思路,在催化剂载体和智能高分子复合材料领域有望获得应用。

  近几年来,金属所钛合金研究部聚合物复合材料研究组致力于纳米纤维素与石墨烯相互作用的研究工作。研究人员通过实验证实了纳米纤维素与二维石墨烯片层有较强的吸附作用,该吸附作用与纤维素分子结构、纳米纤维素晶须尺寸及其表面性质密切相关。纳米纤维素与二维石墨烯片层间的较强吸附作用改善了石墨烯的亲水性,可以有效地促进石墨烯在水中的均匀分散。相关结果见J. Disp. Sci. Technol.38(2017)1798-1803。

  石墨烯基多孔材料一般可以通过化学气相沉积、电化学沉积以及冷冻干燥等方法获得。研究人员以聚氨酯海绵为模板,将其分别浸入含微量纳米纤维素的石墨烯以及纯石墨烯水性分散液,制备出超疏水聚氨酯海绵。该海绵对各类油品具有良好的吸附能力,在油水分离领域有良好的应用前景。相关结果见Appl. Surf. Sci. 422 (2017) 116–124。

  在上述工作基础上,通过改变工艺,将聚氨酯海绵依次涂覆纳米纤维素和石墨烯,通过调整纳米纤维素的量,可以获得不同表面浸润特性(疏水-超双亲-疏水)的聚氨酯海绵。研究表明,纳米纤维素晶须与石墨烯的协同作用构建了聚氨酯海绵特殊的超双亲表面性质。该工作在隋国鑫研究员和刘冬艳副研究员指导下,由硕士生张笑谈完成。该研究成果已由Adv. Mater. Interf. 期刊在线发表。这是国际上首次报道通过浸涂法直接获得超双亲聚氨酯海绵材料。

  期刊全文

图一 超疏水聚氨酯海绵的表面形貌(a)以及不同工艺参数得到聚氨酯海绵接触角(b)

图二 超双亲聚氨酯海绵接触角随纳米纤维素浓度变化(a)、三维形貌(b)以及对水(c)和油(d)的吸附效果

 

 
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