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2019-07-07
??高分子膜材料是近年來學(xué)術(shù)界和工業(yè)界最引人注目和最需要研究的領(lǐng)域之一。高分子膜材料由于其可調(diào)的厚度、組成、結(jié)構(gòu)和功能等參數(shù)，從而成為功能集成材料的基礎(chǔ)，在光學(xué)材料、可穿戴材料和柔性器件等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。近日，長(zhǎng)春理工大學(xué)張健夫副教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一種快速制備高分子膜材料的新方法：破乳引發(fā)快速固化（DIFS）?；诖朔椒?，結(jié)合浸沾、透析、電化學(xué)沉積方法成功制備了2D、3D以及自支持的高分子膜材料。該方法制備的膜材料結(jié)構(gòu)、組成和功能可控。其中基于DIFS方法結(jié)合電化學(xué)沉積方法制備高分子膜材料的研究近期發(fā)表在《Chemical Communications》雜志上，題為“Demulsification-Induced Fast Solidification: A Novel Strategy for the Preparation of Polymer Films”。
乳液在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，離子作為破乳劑可以引起乳液的破乳（圖1a）。將導(dǎo)電基底在乳液中通電，可在陽極基底表面沉積一層高分子膜，這是由于陽極產(chǎn)生的金屬離子或氫離子導(dǎo)致了乳液的破乳并快速固化成膜，（圖1b和c）。厚度可在幾微米至數(shù)百微米范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)（圖1d），膜表面光滑平整（圖1e，f和g）。
圖1. DIFS法制備高分子膜的（a）原理圖、（b）示意圖、（c）實(shí)物圖、（d）生長(zhǎng)曲線、（e-g）SEM圖。
此外，進(jìn)一步測(cè)試了涂層與基底之間的連接強(qiáng)度。將兩片沉積有膜的基底在空氣中進(jìn)行粘合（圖2），觀察到其在空氣中和水中放置4 d后仍具有良好的粘合強(qiáng)度，這表明所制備的高分子涂層與基底之間具有穩(wěn)定的機(jī)械連接，另外通過這種預(yù)涂層的方式加快了水分的揮發(fā)，有助于基底之間實(shí)現(xiàn)快速有效的粘合，有望應(yīng)用于柔性器件和可穿戴材料等領(lǐng)域。
圖2.（a）粘合示意圖，（b）不同膜材料在空氣中或水中放置4 d的粘合強(qiáng)度。
自支持膜是一種不依賴于基底而穩(wěn)定存在的膜材料，在實(shí)際使用過程中簡(jiǎn)單便利。基于DIFS方法，研究者通過犧牲層法（圖3a和b）、隔離層法（圖3c）、溶解基底法（圖3d）以及機(jī)械剝離（圖3e）的方法制備了3D空心自支持膜。所制備的自支持膜在可見光區(qū)具有較高的光學(xué)透過率（圖3f）以及具有可調(diào)的機(jī)械性能（圖3g）。
圖3.（a，b）犧牲層法、（c）隔離層法、（d）溶解基底法和（e）機(jī)械剝離的方法制備自支持膜的圖片或SEM圖。隔離層法制備自支持膜（f）在除去膜內(nèi)金屬離子前后的圖片和（g）機(jī)械性能。
該研究工作發(fā)表在Chemical Communications雜志上，論文第一作者為碩士研究生王丹，通訊作者為張健夫副教授。此外，基于DIFS方法，結(jié)合浸沾方法制備的高分子膜同樣具有良好光學(xué)性質(zhì)，折射率和阿貝數(shù)分別為1.4888±0.0001和52.1±1.1。(Macromol. Mater. Eng., 2019, DOI: 10.1002/mame.201900250.)
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21504008）的資助。
論文信息：D. Wang, X. S. Ge, H. R. Nie, Z. H. Yao and J. F. Zhang, Chem. Commun.,2019, DOI: 10.1039/C9CC03925B.
全文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/CC/C9CC03925B#!divAbstract
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