中南大學Nanoscale: 飛秒激光高效率制備納米條紋結構的油水分離材料
【引言】
海洋石油泄漏不僅對海水、海岸線造成嚴重生態污染，危害人類健康，而且還會引起石油能源的流失。為了有效解決全世界人類生存發展的新挑戰，油水分離成為了目前有效解決這一難題的有效途徑。目前制備油水分離材料所遇到的難題是大面積油水分離材料的制備效率低；在腐蝕性的海水中，油水分離材料極易被破壞，造成其功能失效等。
【成果簡介】
為解決這上述難題，中南大學青年教師銀愷博士（第一作者），段吉安教授和何軍教授（共同通訊）在Nanoscale上發表一篇題為“Femtosecond laser induced robust periodic nanoripples structured mesh for highly efficent oil-water separation”的文章，在該文中，研究人員通過飛秒激光直寫技術在不銹鋼網表面快速制備了大面積nanoripple結構，所制備的材料表面具有超親水，水下超疏油的特性，并具有高達99%的油液分離能力。同時，該材料表現出較強的抗腐蝕和耐磨損性能。為海洋石油泄漏的清潔和原油收集提供了一種有效的制備途徑。
【圖文導讀】
圖1：原不銹鋼網與飛秒激光加工不銹鋼網的表面形貌與能譜分析
(a) 加工前后不銹鋼網的數碼圖像對比;
(b) 加工前不銹鋼網的SEM圖像;
(c-e) 加工后不銹鋼網在不同倍率下的SEM圖像；
(f, g) 加工前后不銹鋼網表面的EDS能譜對比。
圖2：原不銹鋼網與飛秒激光加工不銹鋼網的浸潤特性分析
(a, b) 加工前后不銹鋼網在空氣中水的浸潤特性對比;
(c, d) 加工前后不銹鋼網在水中油的浸潤特性對比;
(e) 加工后不銹鋼網在水下油滴動態粘附特性；
(f) 加工后不銹鋼網在水下油滴滾動特性。
圖3：油水分離測試與展望
(a-d) 加工后不銹鋼網的油水分離動態測試圖片;
(e) 應用于海洋大面積油水分離和油收集展望圖。
圖4：不同參數條件下加工后不銹鋼網的浸潤特性和油水分離效率
(a) 不同種類油滴的水下油接觸角與滾動角；
(b) 不同種類油滴的油水分離效率;
(c) 不同目數不銹鋼網的水下油接觸角；
(d) 不同目數不銹鋼網的油水分離效率。
圖5：加工后不銹鋼網的抗摩擦與抗腐蝕性能
(a) 抗摩擦測試示意圖；
(b, c) 30次摩擦后，加工后不銹鋼網表面的浸潤特性與油水分離效率;
(d) 抗腐蝕測試示意圖及相應SEM圖；
(e, f) 在不同腐蝕環境下，加工后不銹鋼網表面的浸潤特性與油水分離效率。
圖6：加工后不銹鋼網液體潤濕機理
(a) 加工后不銹鋼網空氣中超親水分析；
(b) 加工后不銹鋼網水下超疏油及油水分離分析。
【總結】
該研究提出了一種在不銹鋼網表面采用飛秒激光直寫掃描技術一步大面積加工納米條紋結構的方法，所制備的不銹鋼網具有空氣中超親水，水下超疏油的特性，并具有高達99%優異的油水分離效率。同時，其展現出較好的抗摩擦與抗腐蝕性能。該研究在海洋石油泄漏的清潔和原油收集中具有潛在的應用價值。
文獻鏈接：Femtosecond laser induced robust periodic nanoripples structured mesh for highly efficient oil-water separation (Nanoscale, 2017, DOI: 10.1039/C7NR04582D)
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