北航Adv. Funct. Mater.：潤滑液灌注各向異性多孔還原氧化石墨烯膜——導電液滴電驅動控制

【引言】

仿豬籠草效應灌注潤滑液的光滑多孔表面(SLIPS)是將潤滑液如全氟聚醚、硅油、離子液體等灌注到微/納米粗糙結構基材中。SLIPS材料表面可達到分子尺度的光滑，能顯著減小液滴滑動角和滯后角，具有全方位疏液、自修復、透明度高、溫度和壓力穩定性好等諸多優點，能夠高效抑制各種基材包括油脂、血液、冰以及生物膜的黏附，在自清潔涂料、海洋防污、生物醫用領域具有廣闊的應用前景。但該材料的研究仍處于初級階段，影響材料自清潔能力以及電響應性能的因素還在不斷探索中。

【成果簡介】

近日，北航江雷院士課題組衡利蘋（副研究員）在Adv. Funct. Mater.?發文，題為“Lubricant-Infused Anisotropic Porous Surface Design of?Reduced Graphene Oxide Toward Electrically Driven Smart?Control of Conductive Droplets’?Motion”，作者以導電多孔還原石墨烯（rGO）膜為基體灌注不同的潤滑體（導電和非導電）制備了兩種新型的各向異性膜材料，用于研究其各向異性自清潔能力及材料表面液滴運動電響應的影響因素和機制，填補了該方面機理研究的空白。

【圖文導讀】

圖1. 通過定向冷凍干燥制備的薄膜的光學照片和SEM圖

a) GO膜和 b) 黑色rGO膜的照片；

c) 具有定向多孔網絡結構的GO膜；

d) rGO膜SEM圖，在還原后仍保留定向多孔網絡結構。

圖2. 各向異性rGO制備以及材料不同方向SA測試

a) 各向異性rGO的制備過程示意圖；

b)、c) 硅油和離子液體填充的各向異性rGO多孔纖維膜上不同液滴在平行方向（//）和垂直方向（⊥）滑動行為照片；

（液滴的體積為2μL），水平方向的液滴更容易滑動，SA值較小。

圖3.填充硅油和離子液體的rGO多孔膜表現出的各向異性自清潔行為時間序列圖像

填充硅油：

a) 親水性二氧化硅顆粒可以用平行于纖維方向的水進行自清潔（//）；顆粒在垂直方向上（⊥）不能被水除去，因為膜在這個方向上傾斜角（10.0°）比SA低；

b) 疏水性碳納米管不能用水進行自清潔，平行或垂直于方向均不行。水滴體積8μL，膜傾斜角為10.0°。

填充離子液體：

c) 親水性二氧化硅顆粒平行于纖維方向（//）可以用水自清潔；垂直方向（⊥）顆粒不能被水清除，因為膜在該方向上的傾斜角（6.0°）低于SA；

d) 疏水性碳納米管平行或垂直于纖維方向均不能進行自清潔。水滴體積8μL，膜的傾斜角為6.0°。

圖4.?施加不同電壓下SA的變化

水和KCl溶液在填充a) 硅油和b) 離子液體薄膜上SA的變化圖。

當施加電壓小于固定電壓（Vp）時液滴（2μL）可以在兩個方向滑動。 在V> Vp時，液滴牢固固定在膜上。當電壓達到Vb（擊穿電壓）時，膜被擊毀。

圖5.電壓控制下液滴水平方向的運動過程

a) 當多孔膜充滿硅油時，水滴被捕獲施加的電壓為9.0V，而KCl溶液為1.5V;；右側圖為非導電潤滑劑的電壓響應機理；

b) 當多孔膜充滿離子液體時，水滴被捕獲所施加電壓為5.0 V，KCl溶液則為0.5V； 右圖所示為導電潤滑劑的電壓響應機理。

【小結】

作者以灌注導電和不導電潤滑體制備的各向異性rGO膜為基礎對其自清潔能力以及電響應機理進行了探討，結果表明這兩種類型的SLIPS的各向異性自清潔性能與液滴、潤滑體和污垢之間的相互作用密切相關。并且填充導電潤滑體的rGO多孔膜可以降低液滴可逆滑動電驅動控制的響應電壓。這項研究的獨特之處在于使用兩種導電性不同的潤滑液灌注石墨烯材料制備各向異性的SLIPS，通過控制液滴運動來確定影響電驅動過程的關鍵因素。這一研究將推動SLIPS電響應在液體定向運輸、微流體、微芯片和其他相關領域的應用。

文獻鏈接：Lubricant-Infused Anisotropic Porous Surface Design of?Reduced Graphene Oxide Toward Electrically Driven Smart?Control of Conductive Droplets’ Motion（Adv. Funct. Mater. 2017, ?DOI: 10.1002/adfm.201606199）

?本文由材料人編輯部谷雨星編譯，點我加入材料人編輯部。

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