《材料化学A》具有超湿膜微结构凝胶网络的表面

超湿表面由于其独特的结构和性能而具有多种应用，例如自清洁，防污，防腐蚀，集水以及油水分离。水凝胶基涂料因其强大的水亲和力，水合能力和低油粘附性而特别引人注目。为了进一步稳定水凝胶涂层的超湿性能，同时具有水凝胶和纳米材料优势的微/纳米凝胶可提供更大的表面积，并显着增加表面粗糙度，从而在基材表面上形成有效的超湿涂层。然而，由于容易团聚，难以在维持其原始的微米/纳米结构的同时将微米/纳米颗粒均匀地涂覆在表面上。

最近，日本神户大学Kecheng Guan博士和Hideto Matsuyama教授团队发现原位截留有多孔膜的基质被用于通过一种容易的基于浸没的改性方法来形成微结构化的凝胶层。更有趣的是，通过优化前体溶液的浓度，凝胶微结构显示出从纳米颗粒图案到纳米颗粒-字符串互连网络的形态演变。发达的微结构网络层表现出长期稳定的超湿性，并且对各种化学物质具有耐受性。该层还赋予多孔膜基材以优异的分离效率，可用于不同类型的水包油型乳剂，从而比纯净膜更快地产生5-10倍的纯净水，并具有更好的除油性能。用于开发微结构凝胶装饰层的已证明的简便策略可用于构建其他微/纳米结构功能涂层。相关论文以题为Surface engineering with microstructured gel networks for superwetting membranes发表在《Journal of Materials Chemistry A》上。

【主图】

图1通过水相中带相反电荷的NaAlg和PEI的缩合在多孔膜基材上形成MAG。

图2（a）在PK和PVDF基板上形成的MAG形态的SEM图像。（b）不同膜表面的ζ电位和元素组成。（c）来自不同膜表面的XPS C 1s光谱中官能团的含量。

图3使用0.5 wt％PEI和不同浓度的NaAlg在（a）PK和（b）PVDF基板上形成的MAG形态的SEM图像。

图4原始和改性的（a）PK膜和（b）PVDF膜的平均表面粗糙度值（嵌入的是相应膜表面的3D AFM图像）。原始和改性（NaAlg为0.4 wt％）的孔尺寸分布（c）PK膜和（d）PVDF膜。原始和改性（NaAlg为0.4 wt％）（e）PK膜和（f）PVDF膜的拉伸应力-应变曲线。

图5. PK，MAG-PK，PVDF和MAG-PVDF膜的润湿特性；（a）空气中的水接触角；（b）水下动态氯仿接触角；（c）通过基底上的MAG结构的水下拒油性的示意图。

图6（a）显示PK，PVDF，MAG-PK和MAG-PVDF膜的自清洁特性和（b）水下油滑角的数字图像。（c）显示悬挂在膜表面上方的油柱的图像，以及PK，PVDF，MAG-PK和MAG-PVDF膜的润湿模型示意图。用于测试的油是氯仿（染成红色）。

图7（a）分别暴露于不同化学环境12 h后，MAG-PK和MAG-PVDF膜的水下油接触角；（b）长期浸入水中时MAG-PK和MAG-PVDF膜的水下油接触角和表面动态附着力测试。用于测试的油是氯仿。

图8 PK，PVDF，MAG-PK和MAG-PVDF膜对不同O/W乳液的分离性能。

图9 PK，MAG-PK和MAG-PVDF膜在分离大豆O/W乳液中的可重复使用性。

参考文献：doi.org/10.1039/D0TAE

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