石墨烯基双面神超浸润膜的制备及浸润性能

摘要

近年来,一侧亲水、一侧疏水的双面神膜由于具有特殊的性质而倍受关注.双面膜大多由亲水和疏水两种材料复合而成,但存在界面结合强度低且亲疏水转化不可逆等缺点.本文基于石墨烯膜制备出一侧亲水、一侧疏水且亲疏水状态可逆转换的双面神膜.首先,对氧化石墨烯(GO)/二苯醚体系进行高速剪切处理,得到GO/二苯醚"水包油"皮克林乳液,对该乳液进行冷冻干燥,采用碘化氢(HI)化学还原,获得微米尺度碗状薄壁球壳的石墨烯基疏水膜.然后,利用等离子体处理,在石墨烯膜一侧引入COOH、C—O和C—O等含氧官能团,将两侧疏水的石墨烯膜转换成一侧疏水、一侧超亲水的浸润膜,采用电焦耳热处理将超亲水表面恢复为疏水表面.最后,通过测量静态接触角检验亲疏水转化的稳定性;借助高速摄像机记录水滴在石墨烯双面膜的动态铺展过程.结果表明:等离子体处理疏水石墨烯膜10 s,可将其变成超亲水状态,在20 V直流电压下石墨烯膜在8 s内可由亲水恢复至疏水;经历10次可重复亲疏水转化后,仍保持亲水状态接触角为0°而疏水状态接触角为152°;水滴在亲水表面仅需20 ms即可完全铺展.利用X射线光电子能谱法(XPS)表征材料表面化学官能团;采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析微观结构形貌.材料在等离子体和焦耳热处理过程中保持壳壁连通的碗状微球结构恒定是亲疏水可逆循环转化的关键,纯石墨烯成分是这两种处理手段得以实现的保证.