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  超疏水材料具有自清潔、非濕潤(rùn)等特性，在油水分離、防污染、防霧、抗冰等領(lǐng)域用途廣泛。目前，構(gòu)筑超疏水材料主要有兩種方式：（1）設(shè)計(jì)表面微納結(jié)構(gòu)；（2）引入低表面能物質(zhì)。降低表面能一般需要接枝具有低表面能的基團(tuán)，需要引入含氟等有害物質(zhì)；而傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的表面微-納結(jié)構(gòu)易脫落，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)材料內(nèi)部疏水特性。

圖1.  超疏水聚乳酸立構(gòu)晶復(fù)合膜制備過(guò)程示意圖。

  貴州大學(xué)謝蘭教授團(tuán)隊(duì)一直從事高性能生物基高分子材料的多層次結(jié)構(gòu)調(diào)控及功能化研究，致力于滿足不同領(lǐng)域內(nèi)對(duì)聚合物結(jié)構(gòu)及性能日益增長(zhǎng)的需求。針對(duì)上述難題，該團(tuán)隊(duì)早期通過(guò)調(diào)控聚乳酸（PLA）多層次微觀結(jié)構(gòu)（纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、微球結(jié)構(gòu)和多層次微納孔結(jié)構(gòu)），制備了PLA多孔膜用于油水分離（Applied Surface Science， 2018， 462， 633-640）。近期，通過(guò)調(diào)控PLA結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和相分離過(guò)程，通過(guò)構(gòu)筑多層次的納納凸起結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步制備了具有良好油水分離性能的PLA疏水膜（Applied Surface Science, 2020, 517: 146135）。

圖2. a1-d1表面微觀結(jié)構(gòu)，a2-d2斷面微觀結(jié)構(gòu)，a3-d3表面的原子力圖片，a1和a2是純PLLA膜，b1-b2，c1-c2，d1-d2分別是右旋聚乳酸（PDLA）含量10%，30%，50%的膜。

  在前期的研究工作基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)繼續(xù)設(shè)計(jì)了氫鍵作用下引發(fā)的聚乳酸立構(gòu)復(fù)合晶（SCs），用于制備具有韌性且超疏水的PLA多孔材料，其制備過(guò)程見(jiàn)圖1。有趣的是，通過(guò)進(jìn)一步低溫調(diào)控PLA立構(gòu)復(fù)合膜的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和相分離過(guò)程，成功地在PLA多孔材料表面（圖2b1-d1）和內(nèi)部骨架結(jié)構(gòu)上（圖2b2-d3）構(gòu)筑了的微納凸起結(jié)構(gòu)。值得注意的是，當(dāng)右旋聚乳酸PDLA含量為50%時(shí)，不僅成功的制備了SCs膜，還獲得了SCs雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖2d2）。最終，通過(guò)有效調(diào)控材料表面與內(nèi)部的微納結(jié)構(gòu)，PLA立構(gòu)復(fù)合膜展現(xiàn)了超疏水性能（圖3 A），其接觸角達(dá)到155°。而且表面經(jīng)超聲波處理1小時(shí)（圖3B），其接觸角仍保持在超疏水水平（151°）；甚至經(jīng)砂紙強(qiáng)烈的摩擦后（圖3C），其疏水性仍然保持優(yōu)異，接觸角保留在146°。由于氫鍵作用下SCs的形成有效地延長(zhǎng)了水滴在膜表面的結(jié)冰時(shí)間（圖3D，E和F），而且表現(xiàn)為良好的熱絕緣性（圖3I），能夠用于抗結(jié)冰、熱絕緣等領(lǐng)域，研究工作以Super-hydrophobic Poly (lactic acid) by Controlling the Hierarchical Structure and Polymorphic Transformation 為題發(fā)表在 Chemical Engineering Journal上（DOI：10.1016/j.cej.2020.125297）。

圖3.A. 樣品的原始接觸角，B.經(jīng)2小時(shí)后的接觸角，C.砂紙摩擦后樣品的接觸角，D.樣品的延遲結(jié)冰時(shí)間，E, F樣品在0℃、-15℃時(shí)的結(jié)冰情況，G, H是膜的TG及DTG曲線，I是多孔材料的熱導(dǎo)率。

  以上論文的第一作者為貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院博士生孫鑫，通訊作者為謝蘭教授。研究工作得到貴州大學(xué)薛白博士、國(guó)家復(fù)合改性聚合物材料工程中心秦舒浩研究員和浙江大學(xué)鄭強(qiáng)教授的支持和幫助。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：51763003 和 21604016），貴州省優(yōu)秀青年科技人才項(xiàng)目（20195665），貴州省拔尖人才項(xiàng)目（編號(hào)：20170439178），貴州省研究生創(chuàng)新項(xiàng)目（編號(hào)：YJSCXJH(2019) 001）的支持。

  論文鏈接

  https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.08.119

  https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146135

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125297

作者簡(jiǎn)介

  孫鑫，男，山東淄博人，在讀博士研究生，2016年加入謝蘭教授課題組攻讀碩士學(xué)位，于2018年提前攻讀博士學(xué)位。主要從事聚乳酸表面微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控及浸潤(rùn)性研究。2017年獲第十一屆節(jié)能減排大賽校賽“一等獎(jiǎng)”， 2018年獲得貴州大學(xué)研究生新生獎(jiǎng)學(xué)金，2019年獲得貴州大學(xué)研究生“一等獎(jiǎng)學(xué)金”，同年獲得“第二屆鄭強(qiáng)獎(jiǎng)學(xué)金”，主持貴州省研究生創(chuàng)新基金2項(xiàng)，主持貴州大學(xué)創(chuàng)新基金1項(xiàng)。第一作者在Applied Surface Science， Chemical Engineering Journal等國(guó)際期刊發(fā)表SCI論文3篇。參加學(xué)術(shù)會(huì)議4次并作口頭報(bào)告2次。

  論文鏈接：Super-hydrophobic Poly (lactic acid) by Controlling the Hierarchical Structure and Polymorphic Transformation