碳纳米管对水有爱也有恨

时间:2020-01-12 18:34 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

碳纳米管对水有爱也有恨

碳纳米管具有广泛的应用价值。碳纳米管是将石墨烯薄片卷成比人类头发小1万倍的管状结构,具有极高的强度质量比和优异的热学和电学性能。这些特性使它们成为一系列应用的理想选择,包括超级电容器、互连线、粘合剂、粒子捕获和结构颜色。

新的研究揭示了碳纳米管更大的潜力:作为一种涂层,碳纳米管既能排斥水,又能保持水分,这是一种有用的性能,可用于打印、光谱、水传输或收集表面。当水滴入碳纳米管森林时,碳纳米管排斥水,形成球体。然而,当翻转时,雨滴不会落到地面,而是附着在表面。

碳纳米管对水有爱也有恨

“与液滴倾斜时容易脱落的超疏水表面相比,碳纳米管森林是副疏水的,其中液滴被排斥和吸引到碳纳米管表面,”论文第一作者、LAMP实验室研究生周子瑜(音译)解释道。“这是一种爱恨交加的关系。”

这种湿润行为的关键是使用碳纳米管森林,这些森林在表面上密集、垂直分布,并且具有固有的亲水性。森林高度约为100微米,密度非常大,1平方厘米的面积中有超过1000亿(1011)CNTs。一部分水下沉到碳纳米管下面,附着在亲水材料上,其余的则被排斥在一个球体上。

这项研究是首次观察到碳纳米管森林的副疏水性,水滴可以沿表面滚动,但倒置时不会脱落。自然界中的其他表面,如桃绒毛或玫瑰花瓣,也表现出这种润湿行为,可用于液体输送、织物涂层设计、膜选择性,甚至爬壁机器人。

这种润湿行为也可用于将碳纳米管构建到各种排列中。

“以前的研究表明,碳纳米管森林在水的作用下是不稳定的,但我们发现,水滴实际上在这些茂密的碳纳米管森林中是稳定的。”Paul Leu博士解释道,他是匹兹堡大学斯旺森工程学院工业工程副教授,也是这篇论文的作者。这种润湿行为可用于将碳纳米管组装成密集的垂直阵列、表面条纹和其他独特形状,可用于超级电容器、互连线和其他应用。

Leu在化学工程、机械工程和材料科学方面也有任命。他的实验室,匹兹堡先进材料实验室(LAMP)进行了这项研究。

参考文献:“垂直排列碳纳米管林的副疏水性和粘滑润湿动力学”由周子瑜,高铜川,肖恩·麦卡锡,安德鲁·科扎比勒,谭素生,大卫·佩克尔,李磊和保罗·勒,2019年6月7日,碳。

DOI: 10.1016 / j.carbon.2019.06.012

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