·336 工程科学学报，第43卷，第3期 (b) 1m 100nm 5 um 10μm 图4(a)石墨烯沉积的不锈钢网面：(b)石墨烯修饰不锈钢网的扫描电镜图像)：(c)松果状石墨烯复合涂层：()松果状石墨烯复合涂层放大图： (e)花瓣形态石墨烯4 Fig (a)Graphene-deposited stainless steel mesh;(b)SEM of graphene-modified stainless steel mesh(c)pinecone-like graphene composite coating. (d)magnified pinecone-like graphene composite coating (e)petal morphology graphene 表现出优良的超疏水特性.Jena等Io通过电化学 胺(P)膜进行诱导照射制备出石墨烯涂层.研究 沉积技术在碳钢表面制备出N还原氧化石墨烯 表明，通过调控反应气氛，可控制石墨烯涂层的疏 肉豆蔻酸超疏水涂层.当电解液温度为45℃时， 水性能.当反应气氛为A或H2时，所制备的石墨 该涂层表面为松果状结构，平均接触角为174± 烯涂层表面接触角均大于150°，分别为152°和 1.5°，最高可达179°，滚动角约为1°，呈现出优异的 157°，表现出良好的超疏水性：而当气氛为O2或空 超硫水性，同时其与基体具有良好的结合强度 气时，其表面均表现出超亲水性.Nasser等I采用 化学沉积法是利用基底与溶液或气体进行的 同样的技术制备石墨烯涂层，通过调控激光能量 化学反应，从而在基底的表面形成所需的转化涂 密度来控制涂层表面的几何结构进而调控涂层表 层或薄膜.Yoon等4采用化学气相沉积技术，以 面的疏水性.当脉冲扫描速率低于DPI200时，其 甲烷为碳源，在3DCu结构表面生长出花瓣形态 表面形成团簇状的花瓣结构，此时涂层表面呈现 的石墨烯，如图4(e)所示，其接触角为154.2°，具 出疏水性能，接触角为161.1°：随着脉冲扫描速率 有良好的超疏水性.Zheng等2通过化学气相沉 的升高，涂层表面粗糙度降低，当达到DPI1000时， 积技术，以甲烷和氢气的混合气体为碳源，在铜箔 涂层表面接触角为0°，此时石墨烯表面呈现出超亲 表面生成石墨烯层，经过刻蚀处理，将石墨烯层与 水性能.上述研究表面，通过调控反应氛围及激光 经仿生微结构表面处理的铝合金基体结合，制备 能量的强度均可有效改善石墨烯表面的润湿性 出具有仿生图案的石墨烯基疏水表面，静态水接 此外，激光扫描方式对石墨烯表面的疏水性 触角为130.8±2°.Ong等将化学气相沉积技术 能也具有一定的影响作用.Wu等以芋头叶表 与电化学沉积技术相结合，制备出3D石墨烯-碳 面为模板，通过autoCAD建模控制激光的扫描路 纳米管(G-CNT)杂化结构材料，碳纳米管的加入 径，在适当的激光强度下，使用两步诱导法制备出 增加了石墨烯表面的粗糙度，提高了材料的疏水 石墨烯基超疏水涂层，其制备过程如图5(a)~ 性能，水接触角为148°，此外其具有优异的亲油 ()所示，其表面形成与芋叶结构相似的微观结 性，可吸收其自重51倍重量的汽油 构，如图5(e)~(f)所示，表面接触角达到151.5° 2.3激光诱导法 激光不仅能诱导石墨烯合成，还可对石墨烯材 激光诱导法是指以激光照射经预处理的基材 料表面进行分子级别处理，调节石墨烯材料性质 表面，从而诱导表面发生物理化学变化而制备石 Wang等4切通过激光干涉调节GO薄膜的成分，去 墨烯基超疏水材料的方法 除亲水基团制备出石墨烯基超疏水表面，制备过 通过激光照射特定材料表面，可以直接诱导 程如图6(a)所示，其微观结构如图6(b)和(c)所 合成石墨烯.Li等以二氧化碳激光器对聚酰亚 示，其接触角高达156.7°，表现出优异的超疏水性能表现出优良的超疏水特性. Jena 等[40] 通过电化学 沉积技术在碳钢表面制备出 Ni 还原氧化石墨烯 肉豆蔻酸超疏水涂层. 当电解液温度为 45 ℃ 时， 该涂层表面为松果状结构，平均接触角为 174°± 1.5°，最高可达 179°，滚动角约为 1°，呈现出优异的 超疏水性，同时其与基体具有良好的结合强度. 化学沉积法是利用基底与溶液或气体进行的 化学反应，从而在基底的表面形成所需的转化涂 层或薄膜. Yoon 等[41] 采用化学气相沉积技术，以 甲烷为碳源，在 3D Cu 结构表面生长出花瓣形态 的石墨烯，如图 4（e）所示，其接触角为 154.2°，具 有良好的超疏水性. Zheng 等[42] 通过化学气相沉 积技术，以甲烷和氢气的混合气体为碳源，在铜箔 表面生成石墨烯层，经过刻蚀处理，将石墨烯层与 经仿生微结构表面处理的铝合金基体结合，制备 出具有仿生图案的石墨烯基疏水表面，静态水接 触角为 130.8°±2°. Ong 等[43] 将化学气相沉积技术 与电化学沉积技术相结合，制备出 3D 石墨烯‒碳 纳米管（G‒CNT）杂化结构材料，碳纳米管的加入 增加了石墨烯表面的粗糙度，提高了材料的疏水 性能，水接触角为 148°，此外其具有优异的亲油 性，可吸收其自重 51 倍重量的汽油. 2.3    激光诱导法 激光诱导法是指以激光照射经预处理的基材 表面，从而诱导表面发生物理化学变化而制备石 墨烯基超疏水材料的方法. 通过激光照射特定材料表面，可以直接诱导 合成石墨烯. Li 等[44] 以二氧化碳激光器对聚酰亚 胺（PI）膜进行诱导照射制备出石墨烯涂层. 研究 表明，通过调控反应气氛，可控制石墨烯涂层的疏 水性能. 当反应气氛为 Ar 或 H2 时，所制备的石墨 烯涂层表面接触角均大 于 150°，分别 为 152°和 157°，表现出良好的超疏水性；而当气氛为 O2 或空 气时，其表面均表现出超亲水性. Nasser 等[45] 采用 同样的技术制备石墨烯涂层，通过调控激光能量 密度来控制涂层表面的几何结构进而调控涂层表 面的疏水性. 当脉冲扫描速率低于 DPI 200 时，其 表面形成团簇状的花瓣结构，此时涂层表面呈现 出疏水性能，接触角为 161.1°；随着脉冲扫描速率 的升高，涂层表面粗糙度降低，当达到 DPI 1000 时， 涂层表面接触角为 0°，此时石墨烯表面呈现出超亲 水性能. 上述研究表面，通过调控反应氛围及激光 能量的强度均可有效改善石墨烯表面的润湿性. 此外，激光扫描方式对石墨烯表面的疏水性 能也具有一定的影响作用. Wu 等[46] 以芋头叶表 面为模板，通过 autoCAD 建模控制激光的扫描路 径，在适当的激光强度下，使用两步诱导法制备出 石墨烯基超疏水涂层，其制备过程如图 5（ a）～ （d）所示，其表面形成与芋叶结构相似的微观结 构，如图 5（e）～（f）所示，表面接触角达到 151.5°. 激光不仅能诱导石墨烯合成，还可对石墨烯材 料表面进行分子级别处理，调节石墨烯材料性质. Wang 等[47] 通过激光干涉调节 GO 薄膜的成分，去 除亲水基团制备出石墨烯基超疏水表面，制备过 程如图 6（a）所示，其微观结构如图 6（b）和（c）所 示，其接触角高达 156.7°，表现出优异的超疏水性能. (a) (b) (c) 1 μm 100 nm (d) (e) 1 μm 10 μm 5 μm 图 4    （a）石墨烯沉积的不锈钢网面；（b）石墨烯修饰不锈钢网的扫描电镜图像[35] ；（c）松果状石墨烯复合涂层；（d）松果状石墨烯复合涂层放大图[36] ； （e）花瓣形态石墨烯[41] Fig.4    (a) Graphene-deposited stainless steel mesh; (b) SEM of graphene-modified stainless steel mesh[35] ; (c) pinecone-like graphene composite coating; (d) magnified pinecone-like graphene composite coating[36] ; (e) petal morphology graphene[41] · 336 · 工程科学学报，第 43 卷，第 3 期