【引言】

    石油污染而導(dǎo)致的意外漏油及工業(yè)廢棄物已經(jīng)成為一個嚴(yán)重的環(huán)境問題，特別是在海洋生態(tài)系統(tǒng)。因而低膠粘性，超疏油性水下材料的研發(fā)已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域主題，并應(yīng)用于油/水分離，防污表面，和微流體液滴的控制等方向。于是，我們需要一種用于制備防油性材料的新方法來實現(xiàn)持久的超疏油性。

    【成果簡介】

    目前，水下疏油性材料主要通過引入高表面能的材料制備，如聚合物水凝膠和金屬氧化物。盡管這些策略有取得了相當(dāng)大的水下疏油性，但低穩(wěn)定性大大限制了這些涂層材料的實際應(yīng)用。例如，由于其強(qiáng)度低，表面水凝膠的結(jié)構(gòu)特別容易受到外部機(jī)械力損壞，而硬質(zhì)金屬氧化物在復(fù)雜環(huán)境下的海水中易化學(xué)腐蝕。因此，我們需要一種用于制備防油性材料的新方法來實現(xiàn)持久的超疏油性。珍珠貝殼內(nèi)層具有優(yōu)異的機(jī)械性能，在海洋環(huán)境中的具有較高強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。

    受天然柱狀珍珠層啟發(fā)，北京航空航天大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院的衡利蘋和王建鋒（共同通訊作者）等人成功研發(fā)并構(gòu)造層狀蒙脫土/羥乙基纖維素（MMT/HEC）人工似珍珠層狀材料，結(jié)構(gòu)表面為凸六邊形。相比于自然的柱狀珍珠層，柱形似珍珠層狀材料的微觀結(jié)構(gòu)賦予材料以優(yōu)良的力學(xué)性能，以及超低水下油粘附性（相比于各種油小于3.5 μN）。即使經(jīng)歷長時間浸沒在海水中，強(qiáng)烈的砂粒撞擊和大的外力作用于油滴，人工珍珠層狀材料仍然保持超低油粘附性。這些發(fā)現(xiàn)為設(shè)計水下抗油性材料提供了新見解，為將疏油性材料應(yīng)用于實際提供了理論基礎(chǔ)。

    【圖文簡介】

    圖1：內(nèi)層的鮑魚殼自然柱狀珍珠層的結(jié)構(gòu)和水下超疏油性

    （a） 整個鮑魚殼；（b） 側(cè)視珍珠層內(nèi)部的SEM圖像，顯示一個分層結(jié)構(gòu)；（c,d） 珍珠層內(nèi)部SEM圖像頂視圖，微觀納米尺度顯示凸六邊形排列；（e） 水下油滴的紅色標(biāo)記區(qū)域圖片，接觸角156.8±0.9°；（f） 水下油滴的紅色標(biāo)記區(qū)域力距離曲線，沒有顯示附著力。檢測油為1,2-氯乙烷。

    圖2：人工柱形似珍珠層狀材料的典型結(jié)構(gòu)和水下疏油性

    （a、b） 側(cè)視SEM圖像顯示分層結(jié)構(gòu)。箭頭表示特定的位點取向；（c,d） 珍珠層內(nèi)部SEM圖像頂視圖，微觀納米尺度顯示凸六邊形排列；（e） 一個水下油滴在人工柱狀珍珠母上的照片，接觸角為168.3±2.8°；（f） 水下油滴的紅色標(biāo)記區(qū)域力距離曲線，沒有顯示附著力。檢測油為1,2-氯乙烷。

    圖3：各樣品拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖

    （a） HEC的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（曲線1），交聯(lián)羥乙基纖維素（曲線2），無交聯(lián)MMT / HEC （曲線3），MMT / HEC人工柱狀珍珠層（曲線4），和天然珍珠層（曲線5）；

    （b） 油接觸角（OCA）和附著力與海水浸泡時間關(guān)系圖，顯示穩(wěn)定的水下疏油性和低附著力。圓和三角形代表自然的柱狀珍珠層的區(qū)域，沒有柱狀地形。檢測油1,2-氯乙烷。插圖為人工柱狀珍珠層在海水中浸泡15天后的SEM圖像；

    （c） OCA和附著力從不同的高度下降，砂粒撞擊后顯示良好的水下疏油性和低附著力。插圖為樣品從52 cm高度處進(jìn)行顆粒撞擊后的表面形態(tài)SEM圖像；

    （d） 附著力與油滴的預(yù)負(fù)荷，顯示穩(wěn)定的超低粘附直到預(yù)加載超90 μN。插圖為油滴形狀在接觸，預(yù)加載和分離過程，油滴并未拉伸。檢測油1,2-氯乙烷。

    圖4：樣品AFM圖像

    （a-c） AFM圖像（d-f）提出潤濕模型（a,d）人工柱狀珠母貝，列邊長為2.8 μm，列距離3.1 μm；（b,e） MMT/HEC列邊長為1.8 μm，列距離3.2 μm和（c,f） MMT/HEC列邊長3.9 μm，列距離3 μm。（d），（e）和（f）放大的黑色虛線部分代表樣品三相接觸線，由圖可知人工柱狀珍珠層三相接觸線長度最短。