具有可逆切换界面特性的电沉积表面

• 分享这个！

• 119

材料工程技术旨在控制润湿性和防液体性材料表面在材料科学领域内外的多种应用. 在最近的一份报告中科学进步刘岳和中国材料科学与工程系、化学与分子工程系的研究人员开发了一种通用概念，用于开发具有超强润湿性切换功能的金属多孔表面。为了设计新表面，他们使用了一种非常简单的一步法电化学沉积过程。该团队通过改变材料的取向来启用润湿性开关并控制液体排斥性能。十二烷基硫酸根离子在电沉积过程中离子键合到多孔金属膜上。由此产生的具有可调节润湿性的表面可以根据需要在孔中捕获各种润滑剂，从而创建针对各种液体排斥特性定制的液体注入多孔表面。研究小组展示了液体注入多孔膜在加密、控制液滴转移和集水方面的应用。此外，材料科学家将银多孔膜涂在铜网上，以设计出一种智能的防污液体闸门根据要求允许油或水通过。

在研究人员的目标是开发可逆切换的界面特性，用于各种应用，包括微流体系统， 到水收集和运输， 也分隔符，传感器和药物输送系统材料科学家已经广泛研究了这种通过外部刺激控制的可切换润湿性表面，包括光，PH值，热和电化学处理，反离子和电位在这项研究中，刘等人报道了一种非常简单的一步电沉积方法，用于设计多孔金属表面，具有强大的润湿性切换能力以及不同于先前报告的机制设计一种新的润湿性开关。

电沉积多孔表面的可逆润湿性设计

Liu 等人通过调节与多孔材料离子结合的十二烷基硫酸根离子的方向，在电沉积过程中建立可逆可调的表面润湿性。例如，当十二烷基链指向外部时，膜保持超疏水性（憎恨自然）。然后研究人员利用电势将润湿性从超疏水（讨厌水）超亲水（亲水）状态。他们使用表面增强拉曼散射(SERS) 测量。基于离子取向诱导的电沉积多孔表面演化，研究团队将各种润滑剂牢牢地困在孔隙内，形成不同的“光滑液体注入多孔表面 (SLIPS)”，可用于多种应用。

新技术因其工程特点，将在各种热化学应用中具有巨大潜力简单、多功能且低成本。为了形成可逆润湿性开关，研究人员首先在含有硝酸银和十二烷基硫酸钠 (SDS) 的电解质溶液中，将银多孔膜电沉积到镀金硅晶片上。随着电沉积时间的增加，膜的粗糙度逐渐增加，四分钟后，得到的膜就具有超亲水性能。在有机液体以及含有微量乙醇（体积百分比为 1%）的水的帮助下，科学家们可以诱导润湿性从超亲水（或超亲油；亲水）转变为超疏水（憎水）。瞬间转变表明膜对有机试剂具有高灵敏度。当他们将银多孔膜暴露在乙醇氛围（即有机试剂）中时，水接触角也会增加（疏水特性）。

了解润湿性转变机制

研究团队进行了系统研究，揭示了润湿性转变的潜在机制，首先是使用傅里叶变换红外光谱（红外光谱）X射线光电子能谱(XPS) 进行表面分析。他们证明了银多孔膜中 SDS 离子的存在，形成了类似于先前的经过深入研究的表面刘等人假设，疏水性十二烷基链尾隐藏在新制备的银多孔膜的孔内，促使银膜由于暴露的亲水性硫酸盐头部而最初表现出亲水性。

当超亲水表面遇到乙醇等有机试剂时，由于它们之间具有很强的亲和力，隐藏的十二烷基链尾会改变方向，面向有机液体。由于难以使用传统的扫描隧道显微镜或原子力显微镜证明粗糙多孔膜上十二烷基链的方向变化，该团队使用了 SERS。SERS 强度映射了十二烷基离子链和硫酸银表面之间的相互作用，证实了促进膜润湿性转换的转变。当他们使用氧等离子体处理去除十二烷基离子时，他们从银多孔膜上消除了润湿性转换。

该技术的应用——加密和液体传输

研究团队开发出了一种设计可逆润湿性的新概念，并开发了各种应用，例如信息加密、液滴转移、液体排斥、雾收集、智能液体门以及油水分离。对于信息加密，刘等人将一支充当阴极电极的铅笔浸入液滴中，在连接到电源正极的超疏水表面上拖动，写下字母“ZJU”。然后，表面发生了变化，保持了亲水性，当科学家将表面暴露在水或蒸汽中时，由于水滴附着在表面，加密的隐形文字就会显现出来。他们可以改变加密速度，并使用乙醇去除亲水轨道，从而多次回收表面以供重复使用。通过改变表面特性，他们还可以诱导疏水加密条件。然后，研究团队利用强大的表面附着力，使用乙醇处理的银多孔膜将水滴从超亲水表面转移过来，其中液滴粘附在银膜顶部，易于转移。

利用防液体特性实现更多应用

此后，研究团队设计了银从超亲水 SLIPS1（光滑的液体注入多孔表面）转变为超疏水 SLIPS2，从而在所需的时间范围内形成 SLIP1 和 SLIP2 表面之间的可重复循环。本文描述的工作是首次设计如此复杂的润湿和防液特性，并具有动态调整以匹配不同润滑剂的潜力。此外，受采用图案化的亲水性和疏水性鞘翅（硬化的前翅）来保留或去除水滴，刘等人对 SLIP2 进行了图案化条纹处理，以获得出色的防水性。他们设计了表面以粘附水分子，成核在亲水表面上暴露于水雾时具有出色的雾收集效率。

接下来，科学家用电化学方法将银多孔膜涂覆到铜网上，用作智能液体门。虽然原来的超疏水性阻止水通过，但当他们对铜网施加负电势时，表面就变成了超亲水性，水可以立即通过。表面特性可以通过暴露于乙醇蒸汽进行互换设计，以便重复使用。刘等人同样设计了银涂层铜网，用于选择性水/油分离，这与现有的高效油水分离和传输原型不同。

通过这种方式，Yue Liu 及其同事开发出了一种通用概念，即使用一种简单的一步电沉积方法设计具有可切换润湿性液体排斥性的金属涂层。他们利用与电沉积多孔金属膜离子键合的十二烷基硫酸根离子的方向变化，通过有机试剂处理或外部电势来促进润湿性切换。他们在研究中重复了 10 多次润湿性转变，同时形成了适用于各种应用的多样化 SLIPS。这种极其简单且经济高效的材料工程方法可以形成可切换的和液体排斥材料表面将在材料科学内外的液体/热相关领域中具有良好的应用前景。

© 2019 科学X网

---

---