[发明专利]一种界面性能可逆转换的多孔金属薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种界面性能可逆转换的多孔金属薄膜及其制备方法与应用，具有界面性质可逆转换(如润湿性和斥液性)的可设计表面，本发明通过一步电化学沉积工艺十分方便地制备出了前所未有的同时具有润湿性转化能力和优良液体排斥性能的金属多孔表面。通过控制在电沉积期间附着在多孔膜上的阴离子基团的动态取向变化，能够实现润湿性的转换并能很好的调节排斥液体的性能。具有可调节润湿性的多孔膜能够在其孔内捕捉不同的润滑液以形成不同种类液体注入的多孔超滑表面。实现了(液体注入的)多孔膜在加密，液滴转移和集水领域方面的应用，此外，多孔银膜还可以电沉积在铜网上，形成智能门控制液体的流通，也能根据需要选择性的让油或水通过。

技术领域

本发明涉及一种新型薄膜材料，特别涉及一种界面性能可逆转换的多孔金属薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

具有界面性质可逆转换(如润湿性和斥液性)的可设计表面，在液体、热等多个相关领域(包括微流体，水滴的收集及传输，液相分离，传感器和药物运输等方面)都具 有重要意义。目前有关润湿性可逆转换的表面对不同刺激的响应，如光，pH值，热， 电化学处理等，已经得到了广泛的研究。通过设计类似荷叶的微、纳米结构，润湿 性的转换上甚至可以实现从超亲水到超疏水的转变。以光滑的猪笼草口缘处为模型， 设计出了具有优良斥液性能的液体注入多孔超滑表面(SLIPS)。稳定的SLIPS需要 多孔基质通过和润滑剂之间形成表面能匹配才能将润滑剂锁在孔内，否则，润滑剂 易被所排斥的液体取代。为了形成不同液体作为润滑剂的SLIPS，必须进行繁琐的润 滑剂依赖性表面功能化过程。类似地，现有大多数具有润湿性可转换性的表面也需 要复杂的表面冠能官能化过程。因此，人们希望设计出具有润湿性可转换的表面并 能同时容纳多种润滑剂的多孔基材，以形成稳定的SLIPS而无需表面官能化过程。 此外，具有润湿性可转换性和液体排斥性的多功能表面在许多应用是非常有应用前 景的，但是这种表面很少见。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供制备一种界面性能可逆转换的多孔金属薄膜及其制备方法与应用。

本发明所提供的技术方案为：

一种界面性能可逆转换的多孔金属薄膜，所述金属薄膜由金属颗粒组成，所述 的金属颗粒通过化学键连接有阴离子基团，所述的阴离子基团具有如下结构式： (C_nH_2n+1—R)^—,其中，C_nH_2n+1为烷烃链，n≥8，R为酸根离子，金属颗粒对应的金属 离子可与酸根离子基团形成微溶或难溶性盐。

由于在电沉积的过程中，阴离子表面活性剂会在水中电离以形成酸根离子，酸 根离子与其对应的金属在水中有较强的亲和力(例如硫酸根和银)，阴离子表面活性 剂的酸根离子基团头部将牢固地附着在多孔银膜上，形成类似于单层的自组装结构。 同时，由于烷烃链的疏水性，其尾部将“隐藏”在多孔银膜内，导致亲水性的酸根 离子“暴露”在外，故而电沉积出来的多孔银膜呈现超亲水性。当超亲水表面暴露 于有机试剂(例如乙醇)时，由于烷烃链尾与有机液体之间的强亲和力，“隐藏的” 烷烃链尾部将被拉出，这些暴露的烷基链尾部即赋予多孔银膜超疏水性。在负电势 下，由于电荷俘获效应，烷基链尾部将带正电，因此带正电荷的烷基链尾部将向带 负电的银膜方向移动，再次将硫酸根“暴露”在外，实现了从超疏水到超亲水性的 润湿性转变。

转换方法为：利用有机溶剂浸泡多孔金属薄膜，浸泡时间为60s以上，烷烃链 朝向外部，形成超疏水界面；在水溶液中，构建双电极体系，其中，多孔金属薄膜 施加负电势，电压大小为1.5～5V，时间为2～10min，烷烃链朝向内部，形成超亲水 界面。

有机溶剂用于将多孔金属薄膜上附着的烷烃链暴露在有机环境中，从而将烷烃链拉出，因此，上述的述有机溶剂可以为任意有机溶剂，如链烷烃、烯烃、醇、醛、 胺、酯、醚、酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃、杂环化物、含氮化合物及含 硫化合物等，浓度可以为任意浓度。