气凝胶材料在线
研究内容
图1. MTMS/FAS-17复合气凝胶材料制备示意图
采用溶胶-凝胶法，以MTMS和氟硅烷FAS-17为前驱体，通过酸性-碱性两步法，形成三维多孔气凝胶网络，再通过二氧化碳超临界干燥获得超双疏MTMS/FAS-17复合气凝胶材料。
图2. (a-d) 分别对应 FSAs-10, FSAs-20, FSAs-33 和 FSAs-50 的扫描电镜图片，（e-i）FSAs-50 的高分辨率元素图谱，包括 Si, O, C 和 F元素
分别以不同FAS-17含量和MTMS复合形成气凝胶，以FAS-17的摩尔比例命名，包括FSAs-10, FSAs-20, FSAs-33 and FSAs-50。从图2（a-d）可以看出，当氟硅烷的含量较低时，气凝胶的网络比较纤细，二级粒子的粒径小；随着氟硅烷的含量逐渐增大，二级粒子的粒径增大，达到数百纳米。从图2（e-i）可以看出，Si，O，C，F元素均匀地分布在了气凝胶网络中。
图3.（a）FSAs-50 和纯 MTMS 气凝胶的红外图谱比较，（b-c）FSAs-50 和纯 MTMS 气凝胶的氮气吸附脱附曲线图和孔径分布图，（d）FSAs-50 的 XPS 图谱，（e-h）C1s，O1s，Si2p和 F1s 的高分辨率 XPS 图谱，（i）不同氟硅烷含量的复合气凝胶的疏水疏油角度
为了研究气凝胶网络是否成功连接在了一起，使用FT-IR和XPS研究了其中的价键。从图3中可以看到，气凝胶网络中具有CF3，CF2和Si-O-Si键，证明了MTMS和FAS-17成功连接到了一起，并且氟硅烷的氟碳链分布在了气凝胶网络中。图3（b-c）显示了FSAs-50和纯MTMS的氮气吸附脱附曲线，分别为373.7 m2/g和767.5 m2/g，可以看到氟硅烷的添加降低了气凝胶的比表面积，但是仍然具有较大的比表面积。图3（i）描述了不同氟硅烷含量的复合气凝胶具有的水和油接触角，可以看到氟硅烷的添加增强了复合气凝胶的疏液性能。
图4显示了复合气凝胶的疏液机理图，气凝胶的三维多孔网络构成了微米级粗糙结构，二级粒子上的氟碳链构成了纳米级粗糙结构，共同构成了微米-纳米多级粗糙结构。当液滴接触到气凝胶表面时，滴液与材料之间会形成空气口袋，增大其表观接触角。图4（b）为气凝胶样品表面的原子力显微镜图片，其表面是凹凸不平的，具有典型的粗糙结构。
图5. （a）1 M HCL，1 M NaCl 和 1M NaOH 液滴在 FSAs-50 表面的照片，（b）醋，牛奶，咖啡，酱油和可乐液滴在 FSAs-50表面的照片，（c）FSAs-50 自清洁性能的一系列照片，使用凹凸棒土作为污染物
图5展示了气凝胶的疏液性能，无论是腐蚀性液体，还是日常生活中的液体，都可以在气凝胶表面形成球形液滴，表明了其良好的疏液性能。图5（c）展示了其自清洁性能，当液滴从表面滚落时，会带走表面上的污染物，表面了其良好的自清洁性能。
南京工业大学材料科学与工程学院仲亚副教授为本工作的通讯作者，课题组硕士生高峻为论文第一作者。
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