东南大学张友法教授团队《Small》封面论文：越磨越好的捕雾超疏水单元胞涂层

  虽然地球外表70%以上为水，但可供人类使用的淡水仅占3%，且散布严峻不均，导致水资源缺少状况。学者们受荷叶启示，发明了一系列超疏水外表，被以为在从空气中提取淡水方面极具潜力，且无需能源消耗。但是，要进步涂层的超疏水性，物理上需求削减液滴触摸面积，添加外表粗糙度；化学上则需下降疏水物质的外表能，这均会下降涂层的机械安稳性。超疏水性与机械安稳性的敌对成为限制超疏水涂层市场化使用的重要的条件。现在，已有的处理方案包含引进粘结剂、选用自修正资料、构建微铠甲等，但存在制备难度高、产值低、本钱贵重等问题。因而，制备兼具机械安稳性与超疏水功能性的通用型涂层仍极具应战。

  针对此问题，东南大学张友法教授团队使用多孔微米级陶瓷颗粒和氟化纳米二氧化硅颗粒别离作为壳和种子规划了一种具有二元协同效应的负载型单元胞。陶瓷颗粒壳的活性位点（-OH基团）和树脂的特征官能团反响生成共价键，增强涂层强度；氟化纳米二氧化硅颗粒增强涂层超疏水性，一起在陶瓷颗粒壳遭到损坏后开释，赋予涂层自修正性。终究完成了结构安稳性和超疏水功能性的一致，制备了用于集水的耐久超疏水单元胞涂层。相关效果以“Damage Tolerance of Superhydrophobic Coatings with Binary Cooperative Cells for Water Harvesting” 为题，2024年3月28日在线发表于《Small》期刊，并当选期刊封面论文，东南大学顾万诚博士和夏雅阁博士为一起一作。

  规划的单元胞如图1所示，亲水的陶瓷颗粒外壳既能够和树脂基体进行化学交联，增强涂层强度；又有助于吸附空气中的水分，增强集水才能。超疏水的纳米种子下降了涂层的外表能，赋予了超疏水性；还有助于冷凝水滴的脱附。将超疏水的纳米种子装载进亲水多孔陶瓷颗粒内部，构建了具有共同物理化学性质的二元协同单元胞，其能够很好的涣散于简直任何树脂中，构成更多的共价键（如C-N和C-O），一起赋予涂层耐久性和超疏水功能性。

  （1）超耐久性：与已报导的超疏水涂层比较，单元胞与氟碳树脂、环氧树脂或聚氨脂等树脂共混所制备的涂层具有最高的耐磨次数和最低的磨损量(图2a-b)；涂层还具有优异的耐候性和化学安稳性（图2c-d）；涂层的自修正才能相同也远优于已报导的自修正超疏水涂层（图2e-f）。因而，单元胞涂层具有优异才能的机械和环境安稳性。

  (2)增强的集水才能：单元胞亲水的多孔陶瓷壳有助于吸附空气中的水分，超疏水纳米种子则排挤冷凝水，即便严峻磨损后此效应一直存在（图3a-d）。经过改进水分子吸附、加快冷凝和加快露水脱离三个过程，单元胞涂层完成了高效的集水才能，单元胞涂层集水率可到达6 × 10 3 g m −2 h −1，到达已报导的涂层约两倍。磨损后的单元胞涂层集水率进一步得到进步，比已报导涂层高出约一个数量级。因而，单元胞涂层明显强化了超疏水涂层的集水才能。

  小结：本研讨提出了一种二元协同单元胞规划，处理了超疏水涂层功能性和机械安稳性之间的对立问题。该涂层结构安稳，简直在一切功能方面都有所增强，尤其是超耐久性和超越1000%的集水功能增强。从久远的视点来看，该策略为超经用涂层的广泛工程使用供给了一种通用规划蓝图。

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