中科院宁波材料所刘小青团队《Small》：碳基浸润性可控表面

2022-07-07 来源：高分子科技

生物基热固性树脂以可再生资源为主要原料，它们的规模化应用是实现热固性树脂及复合材料可持续发展的重要手段之一。与石油基热固性树脂一样，它们在固化交联之后，同样面临难降解、难回收的问题。实现生物基热固性树脂的高价值回收利用对当前低碳、环保、可持续性发展具有重要意义。

新型热固性树脂团队刘小青研究员基于多年的生物基热固性树脂研究经验（Composites Part B, 2020, 190, 107926；Green Chemistry, 2021, 23, 8643；Progress in Polymer Science, 2021, 113,101353; Chemical Engineering Journal 2022, 428,131226; Composites Science and Technology, 2022, 219, 109248），提出开发生物基材料的本质是为了实现对生物碳的高效利用。基于此，团队利用激光烧蚀的方法，将生物基热固性树脂转化为功能性碳材料（Carbon, 2020, 163, 85; Carbon, 2021, 183, 600; ACS Nano, 2021, 15, 12, 19490; Nano Energy, 2022, 100, 107477），拟完成从“生物碳”到“生物基树脂”再到“功能碳”的闭环转化。

最近，该团队通过简单调控激光扫描模式，设计制备了图案化超润湿石墨烯表面，实现了高效的能源利用和转换。利用激光光栅扫描和矢量扫描两种模式，构建了不同的超润湿石墨烯表面（图1），即具有多孔石墨烯结构的超亲水(LSHL)表面（接触角=0°）和具有石墨烯颗粒覆盖微柱阵列结构的超疏水(LSHB)表面（接触角>150°）。进一步通过调控激光扫描路径，设计制备了楔形图案化超润湿表面，形成毛细管力梯度，成功地将表面能转化为液体动能，实现了水的定向无泵运输。不仅如此，该运输过程可以沿着不同路径传输液体，还可以克服重力传输液体。基于这一特点，该团队通过调控水流方向，成功实现基于射流冲击的局部高效冷却。此外，还可以通过多轨道设计，为冷却具有多个发热点的电子设备提供可行的解决方案，在电子散热领域展现出良好的应用前景。

图1 图案化超润湿石墨烯表面

此外，得益于其独特的阵列结构，LSHB表面具有出色的机械稳定性和化学稳定性（图2）。该团队系统研究了LSHB表面的耐久性，在经过长期空气中暴露、化学腐蚀（强酸和强碱）、胶带剥离（60次）、超声（7小时）和高温（250℃，2小时）处理后，LSHB表面仍能够保持较好的疏水性能。LSHB表面的高稳定性及制备简便性使其在实际应用中具有重要价值。同时，结合石墨烯本身的电热和光热特性，LSHB表面还表现出优异的电热转换（222 °C?cm²/W）和光热转换（88%）性能。基于以上特征，LSHB材料在防结冰和除冰中也展现出巨大的应用潜力（图3）。

图2 LSHB表面的稳定性

图3 LSHB表面的电热、光热性能及其除冰应用

相关成果以“Wettability Controlled Surface for Energy Conversion”为题在Top期刊《Small》(DOI:10.1002/smll.202202906)上发表。赵伟伟副研究员为论文的第一作者，刘小青研究员为通讯联系人。项目得到了国家万人计划，浙江省万人计划，国家自然科学基金和浙江省杰出青年基金的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202202906

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（责任编辑：xu）

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