受到荷叶表面微观形貌和化学成分的启发,近20年来,人工制造的超疏水材料得到迅速发展。
然而,微小粗糙结构和低表面能这两个必要条件,却也成为超疏水材料的软肋,阻碍了它的实际应用。首先,材料表面的微小结构是相当脆弱的,很容易在日常磨损中被破坏,这就要求材料本身具有更高的强度。但更高的强度会导致材料难以降解,用于构成粗糙结构的纳米颗粒也难以回收。同时,为了降低表面能,需要使用大量对环境和人体危害极大的低表面能改性剂,这些都会造成环境污染问题。超疏水材料的优势特性之一,是材料具有自清洁性能,可以保护表面不受污染,降低维护成本,达到降低能源和资源损耗的目的。然而,制作它所带来的环境问题却违背了这一初衷。
实际上,在解决超疏水材料所带来的环境污染问题方面,材料科学家们也提出了一些可能的策略,比如用可生物降解的塑料制备超疏水材料。提出这一策略的出发点是好的,具体应用却可能产生问题。
近年来,科学家们研发了一些在特殊化学环境下可快速降解,并且可以高效回收的高强度塑料,这成为可降解、可回收塑料体系的又一分支。其中,2014年Garcia.J等人发现了一种在酸性条件下可降解、可回收的热固性聚合物聚六氢三嗪(PHT),这种聚合物兼具高强度和可降解、可回收等性能。受这种材料的启发,2021年5月,兰州大学门学虎团队、中科院兰州化学物理研究所张招柱团队,以及英国玛丽女王大学陆遥团队通过合作,提出将PHT与疏水颗粒结合,用该策略实现超疏水材料在制备、使用和废弃后处理等各个环节的绿色无污染。
不同于前人的方法,门学虎团队在这一工作中用水相反应制备PHT纳米颗粒,以便与经过表面改性的各类疏水颗粒均匀混合。混合后的粉末通过热压方法制备出致密的块体材料,其表面经过简单的打磨与刻蚀处理后,具有了像荷叶表面一样的粗糙结构以及超疏水性。超疏水材料的制备完全在水相体系中,避免了有机溶剂污染。
当然,这一研究也有自身局限。
也许在不久的将来,超疏水材料会广泛应用在我们的生活中,人们不再需要费力清洁衣服上不慎沾染的污渍,而大自然也不用担心这些材料,“弄脏”自己的衣服。对“懒癌”友好又对环境友好的超疏水材料,着实令人期待。
来源:我是科学家
(本报记者 李国萍 整理)