王鑫磊等：石墨烯基超硫水材料制备及其应用研究进展 335· (a) NH,-PDMS-NH, in confined interface (b) c Width/nm Width/nm 3.9 4.7 -2.9 -5.3 I um 500nm GO GO-g-Arc-PDMS 图2(a)NH2-PDMS-NH2与GO分子链之间反应形成PDMS桥状结构示意图：GO(b)和GO-g-Arc-PDMS(c)的表面原子力显微镜高度图则 Fig.2 (a)Reaction between GO and NH,-PDMS-NH,macromolecular chains to form arc-like PDMS bridge architecture surface;AFM height images for GO(b)and GO-g-Arc PDMS (c)1 359 39 (a) (b) 样品表面沉积一层金属及其氧化物，以满足超疏 水表面所需的粗糙度.以电化学沉积为基础，在电 解液中加入石墨烯材料，可将石墨烯引入沉积层 中形成复合涂层制备出石墨烯基超疏水表面.Tang 5 um 5 um 等B通过电化学技术将石墨烯沉积到如图4(a)所 (d) 示的不锈钢网表面，通过优化网径大小调控表面 的润湿性，形成树枝状仿生学表面的石墨烯基超 疏水材料，如图4(b)所示，其修饰后网面的水接触 角大于150°.Bai与Zhang基于松果形结构，采 un 用镍预沉积和高电流相结合的电化学沉积方法， 图3不同质量比的mGO/PDMS复合涂层在聚氨酯纤维上的扫描电 在不锈钢基底上制备出具有松果样微纳结构的新 镜图四.(a)0:(b)0.1:(c)0.25:(d)0.5 型氧化石墨烯(rGO/Ni)复合涂层，如图4(c)和(d) Fig.3 SEM of mGO/PDMS hybrid coating on polyester fabrics with 所示，该涂层具有良好的超疏水特性，其静态水接 different mass ratiosl32:(a)0;(b)0.1;(c)0.25;(d)0.5 触角为162.7°±0.8°，滚动角为2.5±1.0°.Dig等7 氧基三甲基硅烷修饰的氧化石墨烯分别作为填料 通过电化学沉积技术在低碳钢表面制备了具有分 制备成超疏水涂层.当填料为石墨烯时，其呈现出 层结构的自清洁超疏水镍-石墨烯杂化膜，其表面 优异的超疏水性能，其接触角为162°.通过上述研 静态水接触角高达160.4±1.5°，滚动角低至4±0.9°， 究表明，将石墨烯进行改性修饰处理后，均可有效 表现出优异的超疏水性.Liang等]通过电镀和电 提高石墨烯材料的疏水性能 泳沉积方法，在铁-钨非晶态合金上制备了氧化石 2.2沉积改性法 墨烯修饰的硅烷偶联剂Si-69(BTESPT)复合涂层， 沉积改性法指利用物理、化学或电化学方法 经X射线光电子能谱仪(XPS)和傅里叶红外吸收 在基体表面沉积一层具有微纳结构的表面材料， 光谱仪(FTIR)表征表明BTESPT形成了明显的硅 并采用多种方法尽可能降低所构筑表面的自由 氧烷网络并与FeW衬底和GO板紧密连接，该表 能，使之成为超疏水表面的方法.其中，电化学沉 面具备较好的疏水性，水接触角达141.7°.Zhu等9 积和化学沉积以其沉积稳定性强、成本低和操作 采用一步式的高压电化学沉积技术在单晶硅晶片 简单等特点而被广泛研究 基板表面制备出三元石墨烯俳晶碳/镍碳基薄膜， 电化学沉积是通过阴极发生的还原反应，在 该薄膜静态水接触角达158.98°，滚动角为2.75°，氧基三甲基硅烷修饰的氧化石墨烯分别作为填料 制备成超疏水涂层. 当填料为石墨烯时，其呈现出 优异的超疏水性能，其接触角为 162°. 通过上述研 究表明，将石墨烯进行改性修饰处理后，均可有效 提高石墨烯材料的疏水性能. 2.2    沉积改性法 沉积改性法指利用物理、化学或电化学方法 在基体表面沉积一层具有微纳结构的表面材料， 并采用多种方法尽可能降低所构筑表面的自由 能，使之成为超疏水表面的方法. 其中，电化学沉 积和化学沉积以其沉积稳定性强、成本低和操作 简单等特点而被广泛研究. 电化学沉积是通过阴极发生的还原反应，在 样品表面沉积一层金属及其氧化物，以满足超疏 水表面所需的粗糙度. 以电化学沉积为基础，在电 解液中加入石墨烯材料，可将石墨烯引入沉积层 中形成复合涂层制备出石墨烯基超疏水表面. Tang 等[35] 通过电化学技术将石墨烯沉积到如图 4（a）所 示的不锈钢网表面，通过优化网径大小调控表面 的润湿性，形成树枝状仿生学表面的石墨烯基超 疏水材料，如图 4（b）所示，其修饰后网面的水接触 角大于 150°. Bai 与 Zhang[36] 基于松果形结构，采 用镍预沉积和高电流相结合的电化学沉积方法， 在不锈钢基底上制备出具有松果样微纳结构的新 型氧化石墨烯（rGO/Ni）复合涂层，如图 4（c）和（d） 所示，该涂层具有良好的超疏水特性，其静态水接 触角为 162.7°±0.8°，滚动角为 2.5°±1.0°. Ding 等[37] 通过电化学沉积技术在低碳钢表面制备了具有分 层结构的自清洁超疏水镍‒石墨烯杂化膜，其表面 静态水接触角高达 160.4°±1.5°，滚动角低至 4°±0.9°， 表现出优异的超疏水性. Liang 等[38] 通过电镀和电 泳沉积方法，在铁‒钨非晶态合金上制备了氧化石 墨烯修饰的硅烷偶联剂 Si-69（BTESPT）复合涂层， 经 X 射线光电子能谱仪（XPS）和傅里叶红外吸收 光谱仪（FTIR）表征表明 BTESPT 形成了明显的硅 氧烷网络并与 Fe-W 衬底和 GO 板紧密连接，该表 面具备较好的疏水性，水接触角达 141.7°. Zhu 等[39] 采用一步式的高压电化学沉积技术在单晶硅晶片 基板表面制备出三元石墨烯/非晶碳/镍碳基薄膜， 该薄膜静态水接触角达 158.98°，滚动角为 2.75°， HO HO HO HO HO HO OH OH HO OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH NO HN HN HN HN HN NH NH NH NH NH NH NH NH HN HN HN HN HN NH2 H2N O O O O O O OH OH OH OH HO O O O O O O O O O O O O O O O O O O OH OH OH OH HO O O O O O O O O O O HO HO HO HO HO HO OH OH HO OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH NO O O (a) HN NH2−PDMS−NH2 in confined interface HN HN HN HN NH NH NH NH NH NH NH NH HN HN HN HN HN NH2 H2N 1 μm 3.9 Width/nm −2.9 GO GO‒g-Arc-PDMS 4.7 Width/nm −5.3 (b) (c) 1.5 nm 4.3 nm 4.3 nm 500 nm 图 2    （a）NH2‒PDMS‒NH2 与 GO 分子链之间反应形成 PDMS 桥状结构示意图；GO（b）和 GO‒g-Arc-PDMS（c）的表面原子力显微镜高度图[31] Fig.2    (a) Reaction between GO and NH2‒PDMS‒NH2 macromolecular chains to form arc-like PDMS bridge architecture surface; AFM height images for GO (b) and GO-g-Arc PDMS (c)[31] 5 μm (a) 135° 5 μm (b) 143° 5 μm (c) 157° 5 μm (d) 153° 图 3    不同质量比的 mGO/PDMS 复合涂层在聚氨酯纤维上的扫描电 镜图[32] . （a）0；（b）0.1；（c）0.25；（d）0.5 Fig.3     SEM  of  mGO/PDMS  hybrid  coating  on  polyester  fabrics  with different mass ratios[32] : (a) 0; (b) 0.1; (c) 0.25; (d) 0.5 王鑫磊等： 石墨烯基超疏水材料制备及其应用研究进展 · 335 ·