王敏前沿技术美国制备出具有稳定超疏水性的碳纳米管森林
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美国匹兹堡大学的研究人员制备出超疏水高密度垂直排列碳纳米管(CNT)森林,表面静态水接触角可达150°且倒置时水滴也不会掉落。
CNT应用非常广泛,垂直排列CNT森林的超疏水性可用于CNT致密化等自组装过程,但疏水性不稳定,应用受限。为此,研究人员在Si基氧化铝缓冲层上层2nm厚的Fe催化剂溅射层上生长垂直排列CNT森林,通过变换缓冲层粗糙度得到不同密度CNT森林。分析高密度CNT森林(13.1×1010CNT/cm2)和低密度CNT森林(4.9×1010CNT/cm2)的超疏水性和润湿动力学,结果表明:高密度CNT森林具有高静态水接触角和强附着力,在一般环境中和水分饱和环境中分别具有大于25分钟和3天的稳定性(接触角在140°~150°),倒置时水滴也不会掉落;高密度CNT森林中的水滴动力学受水滴蒸发引起的粘滑行为控制,随着液滴的蒸发,接触线处的CNT偏转力超过临界钉扎力,CNT径向向内变形,由此引发渗透过程,水接触角迅速减小;而低密度CNT森林中,蒸发在液滴向薄膜状态的转变中不发挥关键作用。
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这项研究可应用于织物涂层设计、爬壁机器人等。
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