超疏水

近年来，关于无氟超疏水涂层的大量精彩着作被报道。然而，详细的综述并不多见。综述了非氟聚二甲基硅氧烷( PDMS )超疏水涂层的研究进展，包括制备方法及其应用。从仪器、处理、底物等方面对方法进行了比较。并对其优缺点进行了总结。需要注意的是，这些方法不仅适用于PDMS基超疏水涂层的制备，而且适用于其他非氟化合物组成的涂层，如蜡、长链烷烃、碳纳米材料等。各种方法及其组合为研究者和工程师提供了大量制备无氟超疏水涂层的选择。相信本综述对致力于开发性能优异的无氟超疏水涂层的研究人员具有很好的参考价值。

为促进现代社会的可持续发展，功能性木质材料通过部分替代石油衍生的高分子材料，成为缓解环境恶化最有希望的候选材料之一。然而，天然木材的亲水性极大地限制了其实际应用。通过对氧化石墨烯( GO )的化学处理、复盖和还原以及聚二甲基硅氧烷( PDMS )的修饰，制备了一种用于压阻式压力传感器的超疏水导电木海绵( P-rGO @ WS )，在0 ~ 5   kPa范围内灵敏度高达4.93   kPa-1，响应时间为160   ms。由于拱形层的有序片层结构有效地传递了应力，rGO和PDMS层提高了机械压缩性，传感器在60 %的应变下经过1000次压缩循环后仍保持了稳定的电响应，表现出优异的抗疲劳性能。此外，该传感器具有超疏水特性，水接触角高达152 °，即使在压缩条件下仍保持超疏水状态。重要的是，该传感器成功地应用于人体运动的检测，包括手腕脉搏、语音识别和各种身体活动。这一研究结果可想而知，即使在潮湿的环境下，也为可穿戴电子用生物质材料制造高性能压阻式压力传感器提供了一种可持续的方法。

虽然一些开创性的工作已经证明了超疏水和光热效应相结合产生非接触式Marangoni推进的可行性，但仍存在界面结合力强、结构设计多功能和耐久性高等挑战。本文采用简单的两步喷涂法制备了超疏水多功能含氟酸化碳纳米管( F- ACNTs ) / Fe3 O4纳米粒子/聚二甲基硅氧烷( PDMS )涂层。Fe3O4纳米粒子和F- ACNTs的引入不仅改善了涂层的表面粗糙度，而且赋予涂层优异的磁性能和光热转换性能。PDMS可以降低表面能，改善纳米填料与基体(滤纸)的界面粘结性能。当材料经历磨损、近红外( NIR )光照射和酸处理后，超疏水性能得以保持，表现出优异的耐久性。高稳定性超疏水涂层引入了一层薄的空气来减小滤纸与水面之间的拖曳力，可用于控制自驱动光驱动运动和磁驱动运动。可以通过调节入射NIR光和磁场的方向来操纵运动。特别是基于超疏水和超亲油涂层的执行器，可以利用磁铁进行高效除油，很容易地被驱动到水面的油污区域。该工作为开发智能多响应执行器提供了一种简单通用的策略，在环境保护、微型机器人、生物医学等各个领域具有广阔的应用前景。

冰的形成和积累会导致严重的经济损失甚至生命损失。为了防止这些损失，近年来防冰材料得到了迅速的发展。为了应对不同的结冰条件和不同类型的部件，迫切需要开发一种兼具被动防冰和主动除冰功能的表面。然而，迄今为止还没有合适的防冰材料的解决方案，它具有足够的耐久性、低成本和制作简单等优点，在必要时也可以转化为活性除冰。在此，我们展示了一种由聚二甲基硅氧烷( PDMS )、铁粉( Fe )和蜡烛烟( CS )组成的具有磁响应性和柔性的超疏水光热膜( PFe- PCS )，该膜不使用含氟化学物质，通过简单的方法显示了被动防冰和主动除冰的性能。薄膜由两个超疏水层组成，可以在微/纳米结构中捕捉到两个空气层。因此，冻结时间是裸基材的4.7倍。这样设计的表面结构不仅显著延迟了水的冻结时间，而且通过在光热加热过程中保持顶面内的热量，使热损失最小化。积冰在237   s内可立即融化，融化水可迅速滚落。PFe- PCS薄膜可通过磁力作用于包括弯曲衬底在内的复杂形状的衬底。更重要的是，PFe- PCS薄膜在暴露于强酸、碱、盐溶液和液氮中时表现出优异的稳定性。经过320次循环砂纸磨损、3   h水流冲击和循环复冰/除冰后，超疏水和抗冰性能得到了很好的保持，本工作源于被动抗冰和主动除冰的双层表面结构概念。该薄膜具有坚固性和自愈性，可用于各种形状部件的防冰和清除。

超疏水涂层在自清洁纺织品中具有巨大的应用潜力。低耐久性、高制造成本以及对氟碳等化学物质使用的环境担忧限制了超疏水涂层的使用。本研究基于结构聚合物薄膜和疏水纳米粒子的转移，提出了一种简便、廉价的制备鲁棒无氟超疏水织物的方法。在这种方法中，将聚二甲基硅氧烷( PDMS )注入织物和纸张的片层之间，然后固化并去除纸张。这个过程导致一个织物注入PDMS，其结构是纸张表面的负副本。然后，在织物的结构化PDMS侧喷涂疏水纳米颗粒。PDMS的注入和随后的疏水纳米粒子的沉积使得强键合，如超疏水织物在超声作用下优异的溶剂稳定性所示。该方法具有普适性，几乎可以应用于任何纺织品，涂层表面具有超疏水性能，其水接触角为172°，滑动角为3°，且超疏水织物具有较强的耐水雾冲击和机械弯曲性能，每次测试至少200  次循环即可保持超疏水性能。

本研究提出了基于Pickering乳液模板的抗生物膜涂料配方。涂层不含生物活性物质，因为其抗生物膜性能源于单纯源于涂层超疏水性质的被动机制。此外，与大多数超疏水配方不同，我们的体系是无氟的，因此该方法非常适合食品和医疗应用。涂料配方是以甲苯或二甲苯乳状液中的水为基础，用商业疏水二氧化硅稳定，用聚二甲基硅氧烷( PDMS )溶解在甲苯或二甲苯中。采用共聚焦显微镜和低温扫描电子显微镜对乳液的结构和稳定性进行了表征。将最稳定的乳液涂复在聚丙烯( PP )表面，在烘箱中烘干，形成PDMS /二氧化硅涂层的过程称为乳液模板。采用原子力显微镜( AFM )和扫描电镜( SEM )对所得涂层的结构进行了考察。涂层表面呈现蜂窝状结构，呈现出微米级和纳米级粗糙度的结合，赋予其超疏水性能。调谐后，涂层的超疏水性能表现出高效的被动抗生物膜活性。E . coli体外抗生物膜试验表明，该涂层使二甲苯-水基表面的生物膜减少83 %，甲苯-水基表面的生物膜积累减少59 %。

采用钛复合竹炭( BC )和聚二甲基硅氧烷( PDMS )制备了耐久超疏水光催化棉织物，通过对比实验证明TiO2 - BC复合粒子显著提高了PDMS的疏水整理效果。TiO2-BC / PDMS改性棉织物的接触角达到155 °，结果表明TiO2粒子的消耗量达到87.5 %，且不影响疏水效果。采用扫描电子显微镜( SEM )、X射线光电子能谱( XPS )和傅里叶变换红外光谱( FT-IR )对棉织物的表面物理形貌和化学性质进行了表征。实验结果表明，一方面，增加纤维粗糙度对棉织物提供超疏水表面具有重要作用。另一方面，PDMS中的甲基( CH3 )和硅氧烷( SiOSi )提供了拒水性。进一步，发现CC / CH组分增加了39 %，而CO键则急剧减少了88 %。热重分析( TGA )表明处理后织物的热稳定性提高，热质量残留物由12 %增加到16 %。在可见光下进行光催化实验时，罗丹明B ( Rh B )的降解率达到85.12 %，而测试后接触角仍可达到150°以上。耐久性实验证明，TiO2-BC / PDMS改性织物经25次常规皂洗后仍保持140 °的接触角。鉴于上述情况，多孔纳米复合材料的无氟疏水有机硅材料为在降低化学消耗的情况下制备耐用的超疏水光催化纺织品开辟了经济、环保的途径。

开发用于油水分离和生物活性的多功能超疏水棉材料已引起人们的极大研究兴趣。本研究通过接枝聚合和涂层技术，创造了一种健壮、无氟、耐用、可回收的改性棉织物。表面接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯( PGMA )，然后用二乙烯三胺( DETA )胺化，再与Ag固定，得到CF @ GMA @ DETA ( Ag )；再将聚二甲基硅氧烷( PDMS )包复在CF @ GMA @ DETA ( Ag )上，使其具有超疏水性，得到改性棉织物( CF @ GMA @ DETA ( Ag ) / PDMS )，水接触角( WCA )达到155°  ± 1.5°，改性棉织物具有优异的油水分离效率。同时，改性棉材料还具有突出的可回收性和稳定性。通过Ag改性，改性棉材料也表现出了令人印象深刻的抗菌性能。此外，在人工海水中油水分离效率普遍高于97 %，为海水中油水分离提供了可能。这些特性使得所制备的棉织物具有潜在的应用前景。

本研究提出了基于Pickering乳液模板的抗生物膜涂料配方。涂层不含生物活性物质，因为其抗生物膜性能源于单纯源于涂层超疏水性质的被动机制。此外，与大多数超疏水配方不同，我们的体系是无氟的，因此该方法非常适合食品和医疗应用。涂料配方是以甲苯或二甲苯乳状液中的水为基础，用商业疏水二氧化硅稳定，用聚二甲基硅氧烷( PDMS )溶解在甲苯或二甲苯中。采用共聚焦显微镜和低温扫描电子显微镜对乳液的结构和稳定性进行了表征。将最稳定的乳液涂复在聚丙烯( PP )表面，在烘箱中烘干，形成PDMS /二氧化硅涂层的过程称为乳液模板。采用原子力显微镜( AFM )和扫描电镜( SEM )对所得涂层的结构进行了考察。涂层表面呈现蜂窝状结构，呈现出微米级和纳米级粗糙度的结合，赋予其超疏水性能。调谐后，涂层的超疏水性能表现出高效的被动抗生物膜活性。E . coli体外抗生物膜试验表明，该涂层使二甲苯-水基表面的生物膜减少83 %，甲苯-水基表面的生物膜积累减少59 %。

采用钛复合竹炭( BC )和聚二甲基硅氧烷( PDMS )制备了耐久超疏水光催化棉织物，通过对比实验证明TiO2 - BC复合粒子显著提高了PDMS的疏水整理效果。TiO2-BC / PDMS改性棉织物的接触角达到155 °，结果表明TiO2粒子的消耗量达到87.5 %，且不影响疏水效果。采用扫描电子显微镜( SEM )、X射线光电子能谱( XPS )和傅里叶变换红外光谱( FT-IR )对棉织物的表面物理形貌和化学性质进行了表征。实验结果表明，一方面，增加纤维粗糙度对棉织物提供超疏水表面具有重要作用。另一方面，PDMS中的甲基( CH3 )和硅氧烷( SiOSi )提供了拒水性。进一步，发现CC / CH组分增加了39 %，而CO键则急剧减少了88 %。热重分析( TGA )表明处理后织物的热稳定性提高，热质量残留物由12 %增加到16 %。在可见光下进行光催化实验时，罗丹明B ( Rh B )的降解率达到85.12 %，而测试后接触角仍可达到150°以上。耐久性实验证明，TiO2-BC / PDMS改性织物经25次常规皂洗后仍保持140 °的接触角。鉴于上述情况，多孔纳米复合材料的无氟疏水有机硅材料为在降低化学消耗的情况下制备耐用的超疏水光催化纺织品开辟了经济、环保的途径。