大连理工大学刘新教授、宋金龙研究员团队 AFM:超疏水超弹性薄膜的制备及能量收集
2024-03-26 来源:高分子科技
尽管仿荷叶超疏水表面因其独特润湿性在多个领域具有潜在应用价值,但大部分超疏水表面的柔韧性较低,在基体遭受较大形变时,表面微结构难以维持,导致超疏水性丧失,限制了其应用。为解决此问题,柔性超疏水薄膜被广泛提出,而现有的柔性超疏水薄膜常采用PDMS、PTFE等材料为基体,通过在其上直接构建微结构或涂覆超疏水涂层来获得超疏水性,但形变能力不够理想且涂层与基体结合强度过低,易被破坏。
图1. 超疏水超弹性薄膜的制备过程示意图。
图2. 微锥孔尺寸对薄膜的脱模性能、微观形貌及表面润湿性的影响。不同微锥孔尺寸对应薄膜的手工脱模过程:(a)无微锥孔,(d)0.1 mm微锥孔,(g)0.6 mm微锥孔;不同微锥孔尺寸薄膜的SEM图像:(b)无微锥孔,(e)0.1 mm微锥孔,(i)0.6 mm微锥孔;水滴在不同微锥孔尺寸对应薄膜上的接触角:(c)无微锥孔,(f)0.1 mm微锥孔,(j)0.6 mm微锥孔;(h)化学刻蚀脱模过程。
图3. 超疏水超弹性薄膜的拉伸性能测试:(a)不同应变下的薄膜;(b)水滴在薄膜表面的接触角随应变的变化;(c)不同锥柱底端直径下薄膜的力-应变曲线;(d)不同锥柱底端间距下薄膜的力-应变曲线;(e)水滴在薄膜表面接触角和滚动角随拉伸循环次数的变化,最大应变约为 300%。
图4. 水滴撞击超疏水超弹性薄膜和普通薄膜的过程:(a)58.2 μL水滴从50 cm高处落下并撞击超疏水超弹性薄膜和普通薄膜的过程;(b)不同水滴体积下两种薄膜的振幅随水滴释放高度的变化;(c)水滴以3 mL/min的流量从50 cm的高度下落并撞击超疏水超弹性薄膜和普通薄膜50 s后的变化过程;(d)不同薄膜的振幅随水滴下落时间的变化。
图5. 超疏水超弹性薄膜-磁电发生器以及水滴撞击试验的输出特性。(a)SFMEG的原理图,它由五个部分组成:超疏水超弹性薄膜、导电线圈、磁铁、亚克力管和泡沫底座;(b)SFMEG的实物图像;(c)不同磁场强度下SFMEG的电流响应随时间的变化;图(f)是由图(c)得出的输出电流峰值统计结果。(d)不同水滴释放高度下SFMEG的电流响应随时间的变化。图(g)是由图(d)得出的输出电流峰值统计结果。(e)不同体积水滴落在SFMEG上时电流响应随时间的变化。图(h)是由图(e)得出的输出电流峰值统计结果。
图6. 不同负载情况下SFMEG的输出性能:(a)负载电压和(b)负载功率随外接电阻的变化;(c)SFMEG在模拟降雨激励下可点亮发光二极管。
以硫化天然乳胶为原材料,通过简单的模具复制成型技术制备了一种具有优异拉伸性能的超疏水超弹性薄膜。探究了不同模具参数对薄膜脱模性能、微观形貌、表面润湿性的影响,通过一系列试验对超疏水超弹性薄膜的力学性能和稳定性进行了测试。同时,将超疏水超弹性薄膜与电磁系统结合,增强和扩展了雨滴能量的收集和转化功能,为可再生能源的开发和利用创造了新的机会。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202400024
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(责任编辑:xu)
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