吴忠振课题组：简单制备纯无机T型超疏水材料方面取得重要进展

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近日，北京大学新材料学院吴忠振团队采用传统的等离子体电解氧化工艺（PEO）开发了批量制备纯无机超疏水氧化铝的新方法，该技术可以一次性在铝合金表面构建出类荷叶状的T型微纳结构，体现出强大的环境鲁棒性能。
       据悉，超疏水材料在防水防雾、防结冰、水中减阻等领域具有广泛的应用，是界面科学的重要研究方向。但由于超疏水性能的实现大多需要含F，Si的有机低表面能物质修饰，其机械、高温稳定性以及耐久性都受到极大挑战。
       2014 年美国加州大学洛杉矶分校的Chang-Jin Kim教授提出设计特定T型结构改变液滴润湿受力方向，即可使任何高表面能材料实现超疏水性能[Science,  2014, 346(6213): 1096-1100]。然而这种上宽下窄型微纳结构的制备存在效率低、成本高的问题，无法实现大面积的简单制备。
课题组团队借鉴电化学原理，通过计算机仿真设计电场强度在涂层中的分布，并通过改变PEO电解液特性，利用PEO涂层中天然产生的孔洞结构来实现定向刻蚀，从而实现了上宽下窄的荷叶状微纳结构的批量简单制备，具体制备过程如示意图1所示。该方法工艺简单，易规模化批量制备，成本低，具有较大的工业应用优势。

图1  类T型结构无机超疏水氧化铝涂层制备示意图

        通过对制备结构的氧化铝涂层的表面测试发现，获得的无机氧化铝涂层在不经任何有机修饰即可实现150±3°的水滴接触角和8±2°的水滴滚动角，表现出有优异的超疏水性能。而且，该结构无机超疏水涂层具有无机陶瓷材料独特的耐候性、耐火性以及耐腐蚀性能，在360天日光下暴晒、火焰燃烧以及中性盐雾腐蚀环境中，均能保持明显的超疏水特性，如图2所示。

图2  类T型结构无机超疏水氧化铝涂层的浸润性和稳定性

        相关工作以题目“ Scalable Superhydrophobic T-shape Micro/nano Structured Inorganic Alumina Coatings”的文章发表在化学工程领域顶级期刊 Chemical Engineering Journal上。该工作是课题组针对第三代纯无机超疏水材料研究的系列工作之一，结合之前发表在《Research》期刊上的θ-Al2O3相超疏水涂层材料，正式揭开了常规等离子体电解氧化技术简单制备超疏水纯无机陶瓷涂层的序幕！
        论文链接： https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S1385894720342583


       文章来源：北京大学
       吴忠振，北京大学新材料学院特聘研究员、广东省真空协会理事、深圳市真空协会理事，长期聚焦于以等离子体物理为基础的物理气相沉积技术（高功率脉冲磁控溅射HiPIMS、常规溅射技术、阴极弧、离子注入、微弧氧化等）、装备（真空和电源）、模拟计算、工艺与应用的研究，其中工艺部分涉及硬质涂层、装饰涂层、生物涂层、薄膜太阳能电池、薄膜固态锂电池等一系列先进领域。目前已主持或主要承担国家自然科学基金等国家级项目3项，省部级2项，深圳市科技计划深港创新圈项目1项，基础项目1项，技术攻关项目2项，横向开发项目若干，发表Nano Lett.、SCT、ASS等各类论文30余篇，申请国家发明专利5项。