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東南大學(xué)張友法團(tuán)隊(duì) CEJ:一種陶瓷基耐磨超雙疏涂層
2022-06-07  來源:高分子科技

  近日,東南大學(xué)材料學(xué)院張友法團(tuán)隊(duì)與賓夕法尼亞大學(xué)楊澍教授合作,引入無機(jī)粘結(jié)劑,采用涂層偏聚分相理論,制備出具有瞬時(shí)自修復(fù)特性、長(zhǎng)效耐磨的超雙疏涂層。


 

  超雙疏涂層具有優(yōu)異的自清潔和耐油污特性,在油煙機(jī)等家用產(chǎn)品上具有廣闊的應(yīng)用前景。但是在使用過程中,眾多部件在組裝、搬運(yùn)以及后續(xù)清潔過程中,外部材料表面會(huì)處于刮擦、磕碰甚至磨損的工況條件下,因此防護(hù)涂層除了需要對(duì)有機(jī)物展現(xiàn)出良好的排斥作用,同時(shí)還必須具備優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性和環(huán)境耐久性,這就對(duì)涂層表面提出了更高的設(shè)計(jì)工藝和使用要求。


  課題組團(tuán)隊(duì)通過底面合一及噴涂的工藝,以全氟氯硅烷為改性劑制備出高接枝率的功能納米顆粒,引入磷酸二氫鋁為無機(jī)粘結(jié)劑,通過化學(xué)鍵合增強(qiáng)顆粒間的結(jié)合力,同時(shí),功能顆粒在涂覆過程中的相分離和再團(tuán)聚能顯著提高涂層體系的機(jī)械耐久性,粘結(jié)劑也能提高涂層的內(nèi)聚力,以及與基底的附著力,示意圖如圖1。該方法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單,利于規(guī)模化批量制備,有較大的工業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。


 

1 耐磨自修復(fù)超雙疏涂層結(jié)構(gòu)示意圖


  耐磨超雙疏涂層對(duì)不同低表面張力液體展現(xiàn)出優(yōu)異的超疏液性能,與常規(guī)復(fù)合超雙疏涂層與雙層超雙疏涂層相比,在機(jī)械耐穩(wěn)定性上有大幅度提升,經(jīng)過500250 g負(fù)載Taber磨損后,表面仍具有明顯的超疏油特性。


2 超雙疏涂層機(jī)械穩(wěn)定性


  改性納米顆粒在溶液體系中會(huì)再團(tuán)聚,并與無機(jī)粘結(jié)劑發(fā)生化學(xué)鍵合,在成膜過程中出現(xiàn)明顯的偏聚現(xiàn)象,生成不同粒度大小的顆粒團(tuán)聚體膠囊,填充在整個(gè)涂層體系中。磨耗儀磨損后,涂層結(jié)構(gòu)中的顆粒膠囊被破壞,內(nèi)部大量的改性納米顆粒得以釋放,并通過擴(kuò)散作用向低濃度區(qū)域(即顆粒消耗的磨損區(qū)域)迅速發(fā)生遷移,直至完全鋪展在磨損的表面上,使表面恢復(fù)功能特性,具有瞬時(shí)自修復(fù)性能。

 

涂層磨損后自修復(fù)機(jī)理


  本文第一作者是博士生焦玄,通訊作者是張友法教授。


  本論文工作受國(guó)家自然基金項(xiàng)目(項(xiàng)目號(hào)52071076),東南大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文培育基金(項(xiàng)目號(hào)YBYP2141)項(xiàng)目支持。


  原文鏈接:

  Mechanically robust superamphiphobic ceramic coatings with releasable nanoparticle-capsules. Chemical Engineering Journal, 2022, 446, 137336

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137336

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