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2019-07-07
高分子膜材料是近年来学术界和工业界最引人注目和最需要研究的领域之一。高分子膜材料由于其可调的厚度、组成、结构和功能等参数，从而成为功能集成材料的基础，在光学材料、可穿戴材料和柔性器件等领域具有重要的应用。近日，长春理工大学张健夫副教授团队发表了一种快速制备高分子膜材料的新方法：破乳引发快速固化（DIFS）。基于此方法，结合浸沾、透析、电化学沉积方法成功制备了2D、3D以及自支持的高分子膜材料。该方法制备的膜材料结构、组成和功能可控。其中基于DIFS方法结合电化学沉积方法制备高分子膜材料的研究近期发表在《Chemical Communications》杂志上，题为“Demulsification-Induced Fast Solidification: A Novel Strategy for the Preparation of Polymer Films”。
乳液在热力学上是不稳定的，离子作为破乳剂可以引起乳液的破乳（图1a）。将导电基底在乳液中通电，可在阳极基底表面沉积一层高分子膜，这是由于阳极产生的金属离子或氢离子导致了乳液的破乳并快速固化成膜，（图1b和c）。厚度可在几微米至数百微米范围内连续可调（图1d），膜表面光滑平整（图1e，f和g）。
图1. DIFS法制备高分子膜的（a）原理图、（b）示意图、（c）实物图、（d）生长曲线、（e-g）SEM图。
此外，进一步测试了涂层与基底之间的连接强度。将两片沉积有膜的基底在空气中进行粘合（图2），观察到其在空气中和水中放置4 d后仍具有良好的粘合强度，这表明所制备的高分子涂层与基底之间具有稳定的机械连接，另外通过这种预涂层的方式加快了水分的挥发，有助于基底之间实现快速有效的粘合，有望应用于柔性器件和可穿戴材料等领域。
图2.（a）粘合示意图，（b）不同膜材料在空气中或水中放置4 d的粘合强度。
自支持膜是一种不依赖于基底而稳定存在的膜材料，在实际使用过程中简单便利。基于DIFS方法，研究者通过牺牲层法（图3a和b）、隔离层法（图3c）、溶解基底法（图3d）以及机械剥离（图3e）的方法制备了3D空心自支持膜。所制备的自支持膜在可见光区具有较高的光学透过率（图3f）以及具有可调的机械性能（图3g）。
图3.（a，b）牺牲层法、（c）隔离层法、（d）溶解基底法和（e）机械剥离的方法制备自支持膜的图片或SEM图。隔离层法制备自支持膜（f）在除去膜内金属离子前后的图片和（g）机械性能。
该研究工作发表在Chemical Communications杂志上，论文第一作者为硕士研究生王丹，通讯作者为张健夫副教授。此外，基于DIFS方法，结合浸沾方法制备的高分子膜同样具有良好光学性质，折射率和阿贝数分别为1.4888±0.0001和52.1±1.1。(Macromol. Mater. Eng., 2019, DOI: 10.1002/mame.201900250.)
该工作得到了国家自然科学基金（21504008）的资助。
论文信息：D. Wang, X. S. Ge, H. R. Nie, Z. H. Yao and J. F. Zhang, Chem. Commun.,2019, DOI: 10.1039/C9CC03925B.
全文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/CC/C9CC03925B#!divAbstract
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