中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

超疏水材料由于其独特的非润湿以及在油水分离、防结冰、防腐蚀等方面广泛的应用前景受到了人们的关注。粗糙度和表面能是实现超疏水性能的两个因素，制备超疏水材料的方法例如：等离子体刻蚀法、层层自组装法、相分离法等，但是制备工艺复杂及稳定性不高仍是制约超疏水材料应用的问题。本论文在调研了文献的基础上针对目前存在的问题，制备了一系列功能化的超疏水材料，取得了如下主要成果：

1. 利用聚氨酯海绵的弹性三维孔状结构，通过聚偏二氟乙烯六氟丙烯作为粘结层而碳纳米管和氧化硅增加表面的粗糙度，最后氟化处理得到了稳定的超疏水材料使其作为除油材料使用；将氧化石墨烯在棉花表面原位的还原构筑超疏水表面，解决了高温碳化的方法造成的棉花的脆性。得到的超疏水材料没有破坏棉花的力学性能，在外加负压的作用下进行大规模的油水分离。

2. 通过一步热压的方法将四氧化三铁引入到整体材料中，碳纳米管增加表面的粗糙度得到磁性超疏水整体材料，在外加磁场的作用下将材料放置在污染区域，除油完成后通过磁铁吸引，在受到外力破坏后仍可以通过外加磁场收集；通过在四氧化三铁制备过程中加入硬脂酸改性并负载在聚氨酯基底上，得到超疏水磁性聚氨酯，降低了成本提高了吸油倍率。

3. 利用聚四氟蜡和不同功能化的氧化硅混合负载在聚氨酯基底上制备了超疏水和疏油的聚氨酯并获得了良好的机械性能和吸油倍率，实现了材料的多功能化。为了从根本上解决聚氨酯材料的稳定性以及减少制备超疏水材料过程中前驱体溶剂造成的二次污染，我们采用了无溶剂原位聚合的方法，在聚氨酯聚合过程中加入硬脂酸降低表面能并进行了大规模制备的验证，得到了37 cm×30 cm×22 cm的聚氨酯材料。为了实现超疏水材料的多功能化，利用滤纸上负载PDMS和功能化的氧化硅方法，得到的材料不仅可以进行油水混合物的分离同时可以进行油水乳液的分离。

4. 聚偏二氟乙烯六氟丙烯和氟化氧化硅混合喷涂在基底上得到超疏水和超双疏润湿性能可调的涂层。得到的超疏水涂层在摩擦试验后保持超疏水性而超双疏的涂层在3.5% NaCl 的溶液中长时间浸泡后仍具有防腐蚀性。为了提高超疏水涂层的耐久性，采取了双层喷涂的设计方法，利用单层喷涂营造的微米粗糙度保护纳米粗糙度。得到的涂层经过200次摩擦实验或超声波处理后表面对水的接触角大于150°，制备的超疏水涂层表现出自清洁，耐磨以及腐蚀稳定性为实际应用提供了新的解决方法。