接触角测量仪在超疏油-超亲水织物研究中的应用

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水下超级疏油表面在水族生物中广泛存在。一个著名的例子是鱼的鳞片，它总是显示出一个大的水下接触角和强大的抗油污性能。这种仿生表面在自清洁、水下防污、油水分离、抗污染等方面具有潜在的应用前景。受到启发，Zhou等展示了一种新的策略，在棉织物上制造稳定的，同时超亲水-超疏油(SHI - SOP)表面。采用两步湿化学涂覆法，将低表面能含氟烷基和聚乙二醇-磷酸亲水性部分组成的低聚物、二氧化硅纳米颗粒和含氟烷基硅烷涂覆在织物基底上。经涂层处理，织物具有稳定的超亲水性，水接触角为0°，如果将其涂在织物上，它可以在2秒内扩散到织物基体中。织物也表现出超疏油性，稳定的接触角超过150°无论在空气干燥状态、水预湿状态还是在水下环境下，对表面张力> 27 mN/m的油均具有良好的耐腐蚀性能。该涂层非常耐用，可以承受强酸/强碱溶液、反复磨损和长时间浸泡在水中。进一步表明，涂层织物具有优异的抗污性能。当被油或非油污垢污染时，无需使用任何洗涤剂和化学品，只需用水即可轻松清洗。图1. (a)在空气中(每滴10 mL，黄色水，透明石蜡油，紫色矿物油，红色橄榄油(左)，红色柴油(右)，蓝色十六烷，少量染料使用，对润湿性没有影响)和水下(红色液滴为DCE, 15 mL)， (b)涂层棉织物上水滴随时间的变化，(c) CA对液体表面张力的依赖关系。(d)被涂织物的水和油CA随时间的变化;(e)在被涂织物上留下油滴前后5天的照片。图1a显示了涂层织物的润湿性能。将透明的石蜡油、红色的橄榄油、紫色的矿物油、浅红色的柴油和蓝色的十六烷滴在织物上，它们都形成了球状的液滴。这些油状液体的织物接触角(ca)为157°, 160°, 159°, 145 °和153°，表明涂层织物具有超疏油表面。测量涂层织物的油滑动角为16°和19°（橄榄油和矿物油）。对于表面张力低于27.5 mN/m、它们停留在表面而没有滚下来，这表明滑动角度要大得多。相比之下，未涂覆的棉织物是亲油的，对于所有这些油状液体CA为0°。用水接触角和水滴完全扩散到织物基质中的时间来表征亲水性。当黄色的水滴在涂层织物上时，在1.58秒内完全扩散到织物基体中(图1b)，表明涂层织物对水有很强的亲和力。除了在干燥状态下的润湿性外，还对其在水下的润湿性进行了测试。图1a还显示了水中涂层织物上的1,2-二氯乙烷(DCE)液滴。在这种完全湿润状态下，DCE稳定地以球形液滴的形式存在于织物表面，其水下CA (CAuw)为170°。通过一系列表面张力值在15.5 mN/m ~ 72.8 mN/m液体来检测其拒油性。图1c为液体表面张力与CA的关系。在干燥状态下，对于表面张力在27 ~ 63 mN/m之间的液体，涂层织物的CA大于150°。在水下状态下，对于表面张力在27-50.8 mN/m,油的温度高于150°。然而，在干燥和水下状态下，对于表面张力在23mN/m以下的水和油液，织物的接触角均为0°。图1d为CA随时间的变化。除水外，所有油滴均可在涂层织物上稳定停留5小时。在环境条件下，油滴甚至可以在织物上停留5天(见图1e中的照片)。结果表明，涂层织物具有稳定的超疏油性能。参考文献：【1】Zhou, H., Wang, H., Yang, W., Niu, H., Wei, X., Fu, S., Liu, S., Shao, H., Lin, T., Durable superoleophobic–superhydrophilic fabrics with high anti-oil-fouling property[J]. RSC Advances, 2018, 8(47), 26939–26947.