Adv. Mater. : 用做柔性、可穿戴感應器件的超疏水智能涂層

【引言】

超疏水界面，通常是指水與材料表面的接觸角大于150°，如：生活中常見的荷葉和水黽科昆蟲的腿。超疏水材料的制備和應用已經成為如今的研究前沿。獲得穩定性、靈活性、實用性良好的超疏水材料已經成為實際應用中必不可少的問題。然而，超疏水用于可穿戴式感應器件的應用尚未報道。

【成果簡介】

近日，中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所的張珽研究員在Advanced Materials上發表了一篇名為“A Superhydrophobic Smart Coating for Flexible and Wearable Sensing Electronics”的文章，報道了一種高度靈活的多功能智能涂層的合成方法，即：通過噴涂分散在熱塑性橡膠溶液中的多壁碳納米并經過乙醇處理，制備超疏水智能涂層。

【圖文導讀】

圖1. MWCNT/TPE復合涂層的制備和SEM圖。

(a) 復合涂層的制備過程。

(b) 涂層基片上的接觸角與乙醇處理時間的關系圖。插圖：3μL水在基片上的光學照片。

(c-e) 乙醇分別處理0 min, 1 min, 2 min的MWCNT/TPE復合涂層表面的SEM圖。插圖：放大圖。

圖2. MWCNT / TPE復合涂層的超疏水穩定性表征。

(a) 超疏水涂層布揉搓過程的照片。

(b) 實驗制備涂層布的防水性。

(c) 揉搓300次后，防水布的疏水性能穩定。

(d) 乙醇處理2分鐘后，MWCNT / TPE復合膜的截面SEM圖。

(e) 不同處理過程下，3 μL水在玻璃圖層基片上的接觸角照片。

圖3. 超疏水MWCNT / TPE薄膜在防水和減阻方面的應用。

(a-b) 超疏水涂層手套浸入水中以及拿出后的照片。

(c) 無涂層的水上機器人在水中的照片。

(d) 水上機器人四“腳”涂覆磁性MWCNT/Fe3O4/TPE薄膜的照片。

圖4. 涂覆在硅膠條上的MWCNT/TPE薄膜傳感器對拉伸的敏感性及其表面防水性的研究。

(a) 歸一化電阻與拉伸應變及線性配件的關系圖。插圖：傳感器照片。

(b) 不同頻率下，ε= 0％到ε= 50％的重復拉伸下，電阻的實時變化圖。

(c) 施加ε= 0％到ε= 5％的準慣性階躍應變時，傳感器隨時間的變化圖。插圖：響應時間放大圖。

(d) ε= 0％到ε= 5％的循環拉伸時，歸一化電阻值的變化；體現了傳感器的再生性和耐久性。

(e) 3 μL水滴在不同拉伸應變MWCNT / TPE膜上的照片。插圖：水接觸角的放大圖。

圖5. 涂覆在圓柱形硅膠基片上的MWCNT/TPE薄膜傳感器彎曲靈敏度以及表面防水性的研究。

(a)傳感器照片。

(b) 歸一化電阻與彎曲角度的關系圖。

(c) 彎曲度從θ = 1°增加到θ = 5°時，傳感器歸一化電阻的變化圖。

(d) 由小角度彎曲引起的拉伸應變對歸一化電阻的影響。

(e) 歸一化電阻與扭轉角的關系。插圖：扭轉狀態的傳感器圖片。

(f-h) 3μL水滴在不同彎曲角度的超疏水基片上。插圖：水接觸角的放大圖。

圖6. 利用超疏水MWCNT / TPE薄膜傳感器對人體運動進行實時檢測。

(a) 橡膠手套的每個手指上有5個傳感器照片。

(b) 歸一化電阻與時間的關系。插圖：食指佩戴涂層手套在水滴間斷下落情況下的重復彎曲圖。

(c) 歸一化電阻的實時變化圖。插圖：肘關節穿戴涂層實驗服時的彎曲運動圖。

【小結】

這項研究工作提出了一種室溫下方便制備的超疏水MWCNT / TPE智能涂層，并在拉伸、彎曲、扭轉情況下具有良好的防水性能。該涂層應用范圍廣泛，可實現玻璃、塑料、纖維、金屬材料的自清潔和減阻應用。此外，智能涂層還可以用作柔性、高性能、多功能耐磨傳感器，廣泛應用在醫療保健和醫學器械的制造中。

文獻鏈接：A Superhydrophobic Smart Coating for Flexible and Wearable Sensing Electronics (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201702517)

本文由材料人編輯部孫雪飛編譯，黃超審核，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷！