哈尔滨工业大学研制出具有自感知能力的超疏水材料

由于极强的斥水能力，超疏水材料已经被广泛地应用于表面自清洁，水油分离以及抗腐蚀等多种领域。随着超疏水材料的不断发展，复杂的使用环境对其提出了更多功能性要求，如对外界环境的感知，对水滴的黏附力可控等等。然而，由于目前制备超疏水材料的原料多为高分子化合物（聚二甲基硅氧烷，聚丙烯等）或无机氧化物（二氧化钛，氧化锌等），这些原料多数并不能提供实现超疏水材料多功能的基础性质。因此，如何制备智能超疏水材料仍然是超疏水领域所面临的一个重大挑战。

近日，哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所王荣国教授团队利用自组装技术和沸腾浸泡的方法研制出一种对水滴具有可控黏附性的聚丙烯/石墨烯超疏水材料。更为重要的是，该材料能够通过自身电阻的变化实现对下落水滴的感知。这种智能超疏水材料有望被应用于微液滴无损运输和感知外界雨滴。相关研究成果以“A self-sensing, superhydrophobic, heterogeneous graphene network with controllable adhesion behavior”为题发表在知名期刊Journal of Materials Chemistry A期刊上，并被评选为2018 Journal of Materials Chemistry AHOT Papers。该论文第一作者为丁国民博士，矫维成教授为通讯作者。

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图1 具有不同聚丙烯涂层量的聚丙烯/石墨烯材料的形貌

该项研究以具有开孔微球结构的石墨烯网络为基底，利用沸腾浸泡的方法将聚丙烯涂覆在石墨烯基底表面。并且通过控制浸泡时间制备出了表面具有不同聚丙烯涂层量的材料。

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图2 不同聚丙烯/石墨烯材料的超疏水性，对水滴的黏附性及其在微量水滴定向无损运输方面的应用。

此项研究结果表明实验制得的所有聚丙烯/石墨烯材料均表现出超疏水性，但具有不同聚丙烯涂层量的材料对水滴的黏附力明显不同。因此，该种材料的黏附性可通过控制浸泡时间来调控。该文利用这些具有可控黏附性的超疏水材料完成了微量水滴的定向无损运输。

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图3 聚丙烯/石墨烯超疏水材料对下落水滴的自感知能力及其异质结构

由于采用新型的沸腾浸泡的方法，聚丙烯仅涂覆在石墨烯网络结构的表面，而网络内部并没有被聚丙烯覆盖。基于这种异质结构和石墨烯自身的气敏特性，具有低黏附性的聚丙烯/石墨烯材料能够实现对下落水滴的自我感知。当水滴滴落在其表面时，其携带的水蒸气能够通过网络结构与内部的石墨烯接触，从而导致石墨烯与水蒸气之间发生电荷转移，致使材料的电阻产生变化，从而实现对水滴的感知。另一方面，低黏附性的超疏水表面还能使下落的水滴迅速弹走，从而实现材料的快速恢复。因此，该种智能材料在感知外界环境方面（如降雨）具有重要应用价值。