金屬所制備出超雙親聚氨酯海綿

　　超雙親材料表面同時具有超親水和超親油的性能，是一種特殊的材料表面性質(zhì)。近期，中國科學(xué)院金屬研究所研究人員利用納米纖維素和石墨烯的協(xié)同作用，通過浸涂法獲得超雙親聚氨酯海綿。該超雙親海綿對水和油類的接觸角為零度，能夠在短時間內(nèi)迅速吸附水和油。該項(xiàng)成果為制備具有特殊浸潤性能的多孔彈性材料及其復(fù)合材料提供了新思路，在催化劑載體和智能高分子復(fù)合材料領(lǐng)域有望獲得應(yīng)用。

　　近幾年來，金屬所鈦合金研究部聚合物復(fù)合材料研究組致力于納米纖維素與石墨烯相互作用的研究工作。研究人員通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了納米纖維素與二維石墨烯片層有較強(qiáng)的吸附作用，該吸附作用與纖維素分子結(jié)構(gòu)、納米纖維素晶須尺寸及其表面性質(zhì)密切相關(guān)。納米纖維素與二維石墨烯片層間的較強(qiáng)吸附作用改善了石墨烯的親水性，可有效地促進(jìn)石墨烯在水中的均勻分散（J. Disp. Sci. Technol. 38(2017)1798-1803）。

　　石墨烯基多孔材料一般可以通過化學(xué)氣相沉積、電化學(xué)沉積以及冷凍干燥等方法獲得。研究人員以聚氨酯海綿為模板，將其分別浸入含微量納米纖維素的石墨烯以及純石墨烯水性分散液，制備出超疏水聚氨酯海綿。該海綿對各類油品具有良好的吸附能力，在油水分離領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景（Appl. Surf. Sci. 422 (2017) 116–124）。

　　在上述工作基礎(chǔ)上，通過改變工藝，將聚氨酯海綿依次涂覆納米纖維素和石墨烯，通過調(diào)整納米纖維素的量，可以獲得不同表面浸潤特性（疏水-超雙親-疏水）的聚氨酯海綿。研究表明，納米纖維素晶須與石墨烯的協(xié)同作用構(gòu)建了聚氨酯海綿特殊的超雙親表面性質(zhì)。該工作在研究員隋國鑫和副研究員劉冬艷指導(dǎo)下，由碩士生張笑談完成。該研究成果已在Adv. Mater. Interf. 期刊在線發(fā)表。這是國際上首次報(bào)道通過浸涂法直接獲得超雙親聚氨酯海綿材料。

　　論文鏈接

圖一 超疏水聚氨酯海綿的表面形貌(a)以及不同工藝參數(shù)得到聚氨酯海綿接觸角(b)

圖二 超雙親聚氨酯海綿接觸角隨納米纖維素濃度變化(a)、三維形貌(b)以及對水(c)和油(d)的吸附效果