超雙親材料表面同時具有超親水和超親油的性能，是一種特殊的材料表面性質(zhì)。近期，中國科學院金屬研究所研究人員利用納米纖維素和石墨烯的協(xié)同作用，通過浸涂法獲得超雙親聚氨酯海綿。該超雙親海綿對水和油類的接觸角為零度，能夠在短時間內(nèi)迅速吸附水和油。該項成果為制備具有特殊浸潤性能的多孔彈性材料及其復合材料提供了新思路，在催化劑載體和智能高分子復合材料領(lǐng)域有望獲得應(yīng)用。
近幾年來，金屬所鈦合金研究部聚合物復合材料研究組致力于納米纖維素與石墨烯相互作用的研究工作。研究人員通過實驗證實了納米纖維素與二維石墨烯片層有較強的吸附作用，該吸附作用與纖維素分子結(jié)構(gòu)、納米纖維素晶須尺寸及其表面性質(zhì)密切相關(guān)。納米纖維素與二維石墨烯片層間的較強吸附作用改善了石墨烯的親水性，可有效地促進石墨烯在水中的均勻分散（J. Disp. Sci. Technol. 38(2017)1798-1803）。
石墨烯基多孔材料一般可以通過化學氣相沉積、電化學沉積以及冷凍干燥等方法獲得。研究人員以聚氨酯海綿為模板，將其分別浸入含微量納米纖維素的石墨烯以及純石墨烯水性分散液，制備出超疏水聚氨酯海綿。該海綿對各類油品具有良好的吸附能力，在油水分離領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景（Appl. Surf. Sci. 422 (2017) 116–124）。
在上述工作基礎(chǔ)上，通過改變工藝，將聚氨酯海綿依次涂覆納米纖維素和石墨烯，通過調(diào)整納米纖維素的量，可以獲得不同表面浸潤特性（疏水-超雙親-疏水）的聚氨酯海綿。研究表明，納米纖維素晶須與石墨烯的協(xié)同作用構(gòu)建了聚氨酯海綿特殊的超雙親表面性質(zhì)。
圖一 超疏水聚氨酯海綿的表面形貌(a)以及不同工藝參數(shù)得到聚氨酯海綿接觸角(b)
圖二 超雙親聚氨酯海綿接觸角隨納米纖維素濃度變化(a)、三維形貌(b)以及對水(c)和油(d)的吸附效果
該工作在研究員隋國鑫和副研究員劉冬艷指導下，由碩士生張笑談完成。該研究成果已在Adv. Mater. Interf. 期刊在線發(fā)表。這是國際上首次報道通過浸涂法直接獲得超雙親聚氨酯海綿材料。
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.201701094/abstract
