西南林业大学高伟《Applied Surface Science》：以仿生策略开发自恢复型超疏水重组木

仿生超疏水表面受自然界中动植物（如荷叶、芋头叶、水黾腿、和蝉翅等）的启发，由于其极强的拒水性，被广泛用于自清洁、抗紫外线、减阻、油水分离等领域。制备超疏水表面的基本合成原理是微纳米尺度粗糙结构和低表面能物质的协同作用。据报道，在不添加任何改性化学品的情况下，超疏水金属表面（如铜、不锈钢、锌等）已被成功制备。然而，未经低表面能物质处理，在工程木质材料表面构建超疏水功能仍然是一个巨大挑战。本研究受黑莓果实表面形态、多级结构的启发，在不使用低表面能物质改性的情况下于杨木重组木表面原位合成黑莓状或黑莓和八面体/不规则簇状结构的Cu7Cl4(OH)10·H2O纳米颗粒；制备出具有超强抗紫外线、自恢复和超疏水功能可逆的改性杨木重组木；如图1所示。

图1 受黑莓形貌启发的超疏水杨木重组木制备流程图

超疏水杨木重组木即使暴露在紫外线下1920小时后，所有杨木重组木表面的水接触角仍大于150°，滚动角均在10°以下，表现了优异的超强抗紫外线性能；与其他报导相比，这是迄今为止已发表文献中超疏水重组木质材料最长抗紫外辐射时间（图2）。

图2 经(a)环境温度，(b)80°C或(c)100°C的铜盐溶液处理超疏水杨木重组木的抗紫外辐射测试数据；(d)常温改性样品置于大气环境中其接触角和滚动角的变化情况；(e)本研究中紫外线照射1920小时后超疏水样品表面接触角与其他超疏水材料的抗紫外测试结果比较;(f)紫外线照射前后的超疏水杨木重组木实物图

改性杨木重组木在高湿环境中放置一段时间后其超疏水性能虽会丧失，但经简单的干燥处理即可实现自恢复和超疏水功能的可逆转换；改性样品横切面上开关式的超疏水可逆性转换在经历10~12个循环后趋于收敛，见图3。

图3 经不同温度的氯化铜溶液(a)环境温度，(b)80°C或(c)100°C改性的超疏水杨木重组木的自恢复及超疏水功能的可逆性转换；（d）自恢复及超疏水功能的可逆模型

本研究为制备一种简单、多功能、具有自恢复性能的超疏水杨木重组木提供了一种新策略，面对恶劣环境中木结构建筑及建筑行业时具有广阔的应用前景。该工作以Blackberry Morphology Inspired Superhydrophobic Poplar Scrimber with Superstrong UV-resistant, Self-healing and Reversible Properties为题，发表在《 Applied Surface Science》（中科院一区Top，IF=6.7）上。高伟教授为论文通讯作者，2020级硕士研究生姜海秋和2022级硕士研究生唐泷为论文共同第一作者，其他作者包括材料与化学工程学院硕士研究生王玲玲、刘倩、陆全雄、程睿凤以及学院万辉教授、杨龙研究员、汤正捷博士和杜官本教授。该研究成果得到了国家自然科学基金（32260360），云南省应用基础研究重点项目（202201AS070027），云南省“万人计划”青年拔尖人才专项（80201402）的资助。

【通讯作者简介】

高伟教授团队近年来聚焦于木质先进功能材料基础研究和应用开发，在实木锯材、工程木质复合材料表面超疏水、自清洁、抗紫外、抗老化以及木质油水分离材料、光催化降解有机染料、甲醛和VOC等木质功能材料领域开展了一系列研究，已在ACS Sustain Chem Eng、Appl Surf Sci、Ind Crop Prod、J Environ Chem Eng、Colloid Surface A、Holzforschung、Wood Sci Technol等SCI期刊发表学术论文40余篇，部分成果已开始产业化推广，培养了多名硕士研究生获得国家留学基金委和国外高水平大学全额奖学金攻读博士学位。

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.158211

来源：高分子科学前沿

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