王鑫磊等：石墨烯基超硫水材料制备及其应用研究进展 339· 水性，且对腐蚀环境和物理损伤表现出良好的抗 结果表明，在Cu和FG的界面处形成了C-F-C-F-C 性.Sin等6@先在硅基板上溅射400nm的Cu,尔 连接的复合材料，该材料显著增强了超疏水涂层 后通过电泳沉积将氟化石墨烯(FG)沉积到铜箔 的结合强度，为实现在多种形状基材上进行表面 上，制备出石墨烯基超疏水涂层，如图8（©）.研究 改性提供了解决方案 (a) (c) FG Soft Rigid Hierarchical Super-hydrophobic (b) In-situ growth Annealing Zr TETPA G0 nanosheets。+交 at150℃ Cu Sandwich-like Sandwich-like U10-66-F,@G0 UI0-66-F.@rG0 1 um hybrid hybrid 图8(a)自组装涂层组装过程示意图，(b)三明治状的UIO-66-Fa@rG0杂化体s(c)组装涂层的扫描电镜剖面图6例 Fig.8 (a)Schematic diagram of the self-assembly coating assembly processt0;(b)sandwich-like UIO-66-F@rGO Hybridl;(c)cross-sectional SEM of the assembled caoting 3石墨烯超疏水表面的应用 (a)Water droplets 超疏水表面凭借其特殊的浸润性以及较大的 液体接触角使得超疏水材料在生产及生活上具有 十分广阔的应用前景，如自清洁、防覆冰、油水分 Chalk dust 离等，结合不同的材料和使用领域，超疏水表面表 b 现出独特的性能.石墨烯超疏水表面作为超疏水 表面的一类，相比传统由氟硅烷构造的超疏水表 面，整体质量更轻，原料更加环保，价格更具潜力， 且在以下几方面可有广泛应用 3.1自清洁 (c) 超疏水涂层表面不能被液滴浸润，而是呈球 状或椭圆形滚走，液滴滚动的同时会带走附着在 材料表面的污渍和灰尘等，从而实现材料表面的 自清洁 Zhu等B网在单晶硅晶片基板表面制备出三元 图9自清洁能力对比实验咧.(a)纯DLC膜：(b)Na-C:H膜：(c)G- 石墨烯/非晶碳/镍碳基薄膜，通过自清洁实验，其 Ni/a-C:H膜 表面的黄色粉笔末可完全被水滴带走，展现出较 Fig.9 Self-cleaning ability comparison experiment(a)pure DLC film;(b)Ni/a-C:H film;(c)G-Ni/a-C:H film 为洁净的板面，如图9所示，相较于纯的类金刚石 镀膜(DLC)和非晶碳/镍碳基薄膜呈现出优异的自 电站、基站、通信电缆等电力、通信设备带来覆冰 清洁性能.目前，传统外墙涂料由于普遍存在防污 现象，引起电力及信号的传输不稳定甚至是大面 能力差的缺点，较大限制了其应用的拓展，而制备 积倒塌损毁，也会在飞机表面积累污染物给飞行 出用于建筑外墙、高层建筑玻璃幕墙上的超疏水 安全带来巨大隐患.传统的热力除冰、机械除冰、 自清洁涂料，可有效地防止大气中污染颗粒堆积 化学除冰方式存在能耗大、效率低、污染重等不 和侵蚀，提高表面的耐玷污性能 利因素，而涂覆超疏水表面形成抗冰层能够有效 3.2防覆冰 地减少覆冰量及降低冰雪对基底的附着力，也可 雨雪等自然天气不仅会给高压输电线路、变 有效延缓液体的结冰时间，同时具有施工方便，大水性，且对腐蚀环境和物理损伤表现出良好的抗 性. Sin 等[62] 先在硅基板上溅射 400 nm 的 Cu，尔 后通过电泳沉积将氟化石墨烯（FG）沉积到铜箔 上，制备出石墨烯基超疏水涂层，如图 8（c）. 研究 结果表明，在 Cu 和 FG 的界面处形成了 C‒F‒Cu‒F‒C 连接的复合材料，该材料显著增强了超疏水涂层 的结合强度，为实现在多种形状基材上进行表面 改性提供了解决方案. 1 μm (c) FG Cu (a) (b) GO nanosheets Zr4+ TFTPA In-situ growth Annealing at 150 ℃ Sandwich-like UIO-66-F4@rGO hybrid Sandwich-like UIO-66-F4@GO hybrid Graphene oxide pPDA strengthen Self assembly GO-pPDA coating Soft Rigid Hierarchical Super-hydrophobic 图 8    （a）自组装涂层组装过程示意图[60] ；（b）三明治状的 UIO-66-F4@rGO 杂化体[61] ；（c）组装涂层的扫描电镜剖面图[62] Fig.8    (a) Schematic diagram of the self-assembly coating assembly process[60] ; (b) sandwich-like UIO-66-F4@rGO Hybrid[61] ; (c) cross-sectional SEM of the assembled caoting[62] 3    石墨烯超疏水表面的应用 超疏水表面凭借其特殊的浸润性以及较大的 液体接触角使得超疏水材料在生产及生活上具有 十分广阔的应用前景，如自清洁、防覆冰、油水分 离等，结合不同的材料和使用领域，超疏水表面表 现出独特的性能. 石墨烯超疏水表面作为超疏水 表面的一类，相比传统由氟硅烷构造的超疏水表 面，整体质量更轻，原料更加环保，价格更具潜力， 且在以下几方面可有广泛应用. 3.1    自清洁 超疏水涂层表面不能被液滴浸润，而是呈球 状或椭圆形滚走，液滴滚动的同时会带走附着在 材料表面的污渍和灰尘等，从而实现材料表面的 自清洁. Zhu 等[39] 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，通过自清洁实验，其 表面的黄色粉笔末可完全被水滴带走，展现出较 为洁净的板面，如图 9 所示，相较于纯的类金刚石 镀膜（DLC）和非晶碳/镍碳基薄膜呈现出优异的自 清洁性能. 目前，传统外墙涂料由于普遍存在防污 能力差的缺点，较大限制了其应用的拓展，而制备 出用于建筑外墙、高层建筑玻璃幕墙上的超疏水 自清洁涂料，可有效地防止大气中污染颗粒堆积 和侵蚀，提高表面的耐玷污性能. 3.2    防覆冰 雨雪等自然天气不仅会给高压输电线路、变 电站、基站、通信电缆等电力、通信设备带来覆冰 现象，引起电力及信号的传输不稳定甚至是大面 积倒塌损毁，也会在飞机表面积累污染物给飞行 安全带来巨大隐患. 传统的热力除冰、机械除冰、 化学除冰方式存在能耗大、效率低、污染重等不 利因素，而涂覆超疏水表面形成抗冰层能够有效 地减少覆冰量及降低冰雪对基底的附着力，也可 有效延缓液体的结冰时间，同时具有施工方便，大 (a) (b) Water droplets Chalk dust (c) 图 9    自清洁能力对比实验[39] . （a）纯 DLC 膜；（b）Ni/a-C:H 膜；（c）G￾Ni/a-C:H 膜 Fig.9     Self-cleaning  ability  comparison  experiment[39] :  (a)  pure  DLC film; (b) Ni/a-C:H film; (c) G-Ni/a-C:H film 王鑫磊等： 石墨烯基超疏水材料制备及其应用研究进展 · 339 ·