北航Adv. Funct. Mater.：润滑液灌注各向异性多孔还原氧化石墨烯膜——导电液滴电驱动控制

【引言】

仿猪笼草效应灌注润滑液的光滑多孔表面(SLIPS)是将润滑液如全氟聚醚、硅油、离子液体等灌注到微/纳米粗糙结构基材中。SLIPS材料表面可达到分子尺度的光滑，能显著减小液滴滑动角和滞后角，具有全方位疏液、自修复、透明度高、温度和压力稳定性好等诸多优点，能够高效抑制各种基材包括油脂、血液、冰以及生物膜的黏附，在自清洁涂料、海洋防污、生物医用领域具有广阔的应用前景。但该材料的研究仍处于初级阶段，影响材料自清洁能力以及电响应性能的因素还在不断探索中。

【成果简介】

近日，北航江雷院士课题组衡利苹（副研究员）在Adv. Funct. Mater. 发文，题为“Lubricant-Infused Anisotropic Porous Surface Design of Reduced Graphene Oxide Toward Electrically Driven Smart Control of Conductive Droplets’ Motion”，作者以导电多孔还原石墨烯（rGO）膜为基体灌注不同的润滑体（导电和非导电）制备了两种新型的各向异性膜材料，用于研究其各向异性自清洁能力及材料表面液滴运动电响应的影响因素和机制，填补了该方面机理研究的空白。

【图文导读】

图1. 通过定向冷冻干燥制备的薄膜的光学照片和SEM图

a) GO膜和 b) 黑色rGO膜的照片；

c) 具有定向多孔网络结构的GO膜；

d) rGO膜SEM图，在还原后仍保留定向多孔网络结构。

图2. 各向异性rGO制备以及材料不同方向SA测试

a) 各向异性rGO的制备过程示意图；

b)、c) 硅油和离子液体填充的各向异性rGO多孔纤维膜上不同液滴在平行方向（//）和垂直方向（⊥）滑动行为照片；

（液滴的体积为2μL），水平方向的液滴更容易滑动，SA值较小。

图3.填充硅油和离子液体的rGO多孔膜表现出的各向异性自清洁行为时间序列图像

填充硅油：

a) 亲水性二氧化硅颗粒可以用平行于纤维方向的水进行自清洁（//）；颗粒在垂直方向上（⊥）不能被水除去，因为膜在这个方向上倾斜角（10.0°）比SA低；

b) 疏水性碳纳米管不能用水进行自清洁，平行或垂直于方向均不行。水滴体积8μL，膜倾斜角为10.0°。

填充离子液体：

c) 亲水性二氧化硅颗粒平行于纤维方向（//）可以用水自清洁；垂直方向（⊥）颗粒不能被水清除，因为膜在该方向上的倾斜角（6.0°）低于SA；

d) 疏水性碳纳米管平行或垂直于纤维方向均不能进行自清洁。水滴体积8μL，膜的倾斜角为6.0°。

图4. 施加不同电压下SA的变化

水和KCl溶液在填充a) 硅油和b) 离子液体薄膜上SA的变化图。

当施加电压小于固定电压（Vp）时液滴（2μL）可以在两个方向滑动。 在V> Vp时，液滴牢固固定在膜上。当电压达到Vb（击穿电压）时，膜被击毁。

图5.电压控制下液滴水平方向的运动过程

a) 当多孔膜充满硅油时，水滴被捕获施加的电压为9.0V，而KCl溶液为1.5V;；右侧图为非导电润滑剂的电压响应机理；

b) 当多孔膜充满离子液体时，水滴被捕获所施加电压为5.0 V，KCl溶液则为0.5V； 右图所示为导电润滑剂的电压响应机理。

【小结】

作者以灌注导电和不导电润滑体制备的各向异性rGO膜为基础对其自清洁能力以及电响应机理进行了探讨，结果表明这两种类型的SLIPS的各向异性自清洁性能与液滴、润滑体和污垢之间的相互作用密切相关。并且填充导电润滑体的rGO多孔膜可以降低液滴可逆滑动电驱动控制的响应电压。这项研究的独特之处在于使用两种导电性不同的润滑液灌注石墨烯材料制备各向异性的SLIPS，通过控制液滴运动来确定影响电驱动过程的关键因素。这一研究将推动SLIPS电响应在液体定向运输、微流体、微芯片和其他相关领域的应用。

文献链接：Lubricant-Infused Anisotropic Porous Surface Design of Reduced Graphene Oxide Toward Electrically Driven Smart Control of Conductive Droplets’ Motion（Adv. Funct. Mater. 2017,  DOI: 10.1002/adfm.201606199）

 本文由材料人编辑部谷雨星编译，点我加入材料人编辑部。

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