石墨粉(< 20 μ米)是由伊尔化学公司(上海)。硫酸和硝酸由Liudongshan化学公司(兰溪)。亚甲基蓝、甲基橙、罗丹明B、高锰酸钾、过氧化氢、乙醇由Kelong化学公司(成都)。tetraethylorthosilicate (teo)是由伯帝化学公司(天津)。盐酸、氨水和(heptadecafluoro-1, 1、2、2-tetradecyl) trimethoxysilane (FAS-17)由慧朴化学公司(杭州)。的 植被类型下毛竹从安吉县竹5年收集,浙江省。竹标本加工成块的尺寸 50 毫米 × 20. 毫米 × 5 毫米 和 20. 毫米 × 20. 毫米 × 5 毫米 ( 纵向 × 弦向的 × 径向 )。然后打扫了这些竹子标本乙醇和去离子水清洗顺序,然后30分钟和终于在真空下干燥24小时50°C。原竹木材受到上述过程缩写为BT。

降低石墨烯氧化物的竹块加载层,缩写为RGOBT,完全是捏造事实根据前面的方法( 14]。然后,85毫升的绝对乙醇,9毫升的去离子水,和1.5毫升的氨被添加到一个干净的烧杯,磁力搅拌下均匀混合。在搅拌过程中,4.5毫升原硅酸乙酯添加缓慢,这将使胶体黄色。准备RGOBT样本和解决方案都是放置在一个Teflon-lined不锈钢高压釜在特定的体积比。高压蒸汽密封,保持在110°C 3 h。热液反应后,竹子样品被移除,用去离子水冲洗,然后干50°C 24小时在真空中。竹子的硅/石墨烯涂层和RGO@SiO缩写₂英国电信。

降低表面自由能,实现超疏水表面,在进行着RGO@SiO₂BT和FAS-17进一步修改。FAS-17和甲醇混合根据1.0 wt。%,搅拌均匀。的RGO@SiO₂BT沉浸到混合液体和磁搅拌后24小时在室温(20°C),然后,样本被移除。表面是用甲醇洗净,和样本干50°C 24 h在真空中。缩写为FAS-RGO@SiO above-treated BT₂英国电信。

表面形态特征样本,利用扫描电子显微镜(SEM,广达200年,范,美国)。样品的表面化学成分测定通过能量色散谱(EDX,附着在SEM)。样品的晶体结构被确定通过x射线衍射(XRD、D / MAX 2200 Rigaku,日本) 铜 K α 辐射( λ = 1.5418 一个 ) 2 θ 扫描速率的4°·分钟¹40、40 kV和马,从5°- 80°。官能团的存在在样品被确认通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱(美国PerkinElmer谱之一)。表面元素组成分析基于x射线光电子能谱(XPS),热费希尔Scientific-K-Alpha 1063年,英国)Al Ka单色x射线源,结合能都是校准的关于C 1 s峰值(284.8 eV)。

BT的水接触角,RGOBT RGO@SiO₂BT, RGO@SiO₂BT样品测量使用接触角测试仪(SL200KB)。在室温下,液体是5 μl蒸馏水,水接触角是五个测量的平均值。为了测试样品表面的疏水效应,这八种液体收集,如茶、橙汁、牛奶、咖啡、食用油、蓝色墨水,红酒,和绿色的果汁。此外,盐酸和氢氧化钠被用来测试竹子表面的疏水效应pH值为每个解决方案的范围1 - 14。最后,准备样品受到水沸腾试验和长期放置测试疏水效果。

根据有关规定测试方法GB / T 1928 - 2009年“一般规则对木材物理力学测试方法,“测量样品的尺寸稳定性( 15]。竹块的大小是20毫米×20毫米×5毫米和15为每个测试样本的数量。吸水厚度膨胀率是根据以上方法执行。

图 1显示了典型的低收入和高倍率的BT和RGO@SiO SEM图像₂BT。大量的二氧化硅纳米粒子生长表面的竹材料在低放大率。表面的二氧化硅纳米颗粒密集分布层减少了氧化石墨烯。在高放大,很明显,二氧化硅是球形,直径0.4 μm。它可以观察到,二氧化硅纳米粒子加载后的表面粗糙度增加。疏水处理后FAS-17,如图 1 (e)和 1 (f),粗糙的球形表面覆盖着一层蜡质材料。表面呈现各种乳突结构类似于乳头状突起的荷叶蜡结构( 16]。

图 2显示了三个样品的化学元素和元素内容包括BT, RGOBT, RGO@SiO₂BT。元素C、O、BT和RGOBT盟能被探测到。盟起源于表面喷涂的三个样品。碳和氧信号来自竹子衬底和RGO涂层 17]。如果在RGO@SiO的存在₂BT表明成功地沉积在硅表面的BT。结合SEM分析,它可以证明上的球形二氧化硅纳米粒子成功加载RGOBT样本。因此,如果元素可能会发现如图 2 (c)。由于二氧化硅粒子涂层,RGO@TiO Si和O的元素内容₂英国电信与RGOBT相比增加。

图 3显示了XRD的BT模式,RGOBT, RGO@SiO₂BT。典型的纤维素从BT和RGOBT衍射峰 2 θ = 16.5 ° 和22.5°观察( 18]。热液处理后的氧化石墨烯分散,石墨烯氧化物的特征衍射峰消失。这些证明竹子表面的石墨烯氧化物吸收减少。RGOBT是富含二氧化硅纳米粒子( 19]。没有新的特征衍射峰出现。发现硅晶体加载BT表面是一种无定形结构。

图 4介绍了BT的红外光谱谱、RGOBT RGO@SiO₂BT,石墨烯氧化物还原的过程中,羟基吸收峰的吸收被转移到高3335厘米⁻¹。部分含氧官能团的恢复,从而减少羟基( 20.]。相反,羟基之间的碳氧键的形成和氧化石墨烯表面的竹子减少羟基的数量。羟基的数量减少,更多的竹子表面的硅团簇沉积。这是符合的疏水效应后防水测试。的新吸收峰RGO@SiO₂英国电信在1644厘米⁻¹是石墨烯的碳骨架的振动吸收峰。1104厘米的吸收峰⁻¹是Si-O-Si的特征吸收峰。二氧化硅纳米粒子是连着降低石墨烯网络通过在水热过程中切断键,然后积累形成nanosilica球层。

进一步描述的元素和价态样品,XPS分析。图 5是英国电信的XPS图、RGOBT RGO@SiO吗₂BT。山峰285电动汽车可以被视为C 1 s。高峰在398电动汽车可以被视为N 1 s。高峰在539电动汽车可以被视为O 1 s。典型的吸收峰的C, N, O检测BT, RGOBT, RGO@SiO₂BT样本。这些样本都含有这三种元素,和他们的主要价状态是相同的。高峰在109年和150年电动汽车可以被视为如果2 p和Si 2 s [ 21]。然而,如果只在RGO@SiO典型的吸收峰值检测₂BT。如果的存在^{4 +}证实了Si 2 p高峰,RGO@SiO二氧化硅的存在吗₂英国电信是证实。

RGO@SiO的形成机制₂BT如图 6。吸收的先解决方案是原始BT和减少到一个RGO竹子表面涂层的热液过程。这连续的表面组装是竹块的基础上形成的,是一个减少与石墨烯RGOBT网络。RGO表的多层组装到竹子表面通过氢键和物理吸附。第二热液的热液反应步骤中,硅纳米粒子形成从teo系统并沉积在石墨烯表面的网状结构( 22]。石墨烯比竹网络提供更多的结合位点,表明更多的硅团簇沉积在表面。形成致密的二氧化硅晶体层RGO@SiO₂BT的表面。最后,为了减少RGO@SiO的表面能₂BT, FAS改性层表面上获得了通过颗粒的结合氢气和硅团簇。

图 7水接触角(WCA) BT的形象,RGOBT, RGO@SiO吗₂BT, FAS-RGO@SiO₂BT样本。BT的WCA 19°图示例 7(一)。竹子是一种亲水矩阵,WCA价值很低( 23]。通过加载还原氧化石墨烯,RGOBT表面变得更加亲水,及其WCA 0°,如图 7 (b)。可能的原因之一是推测,竹子表面的氧化石墨烯仍然存在与羧基、羟基和其他含氧组。另一个可能的原因是,减少氧化石墨烯nanosheets沉积表面上并不统一。中间逐层叠加的渗透毛孔导致水滴与改善亲水性( 24]。图 7 (c)表明,WCA RGO@SiO₂证明RGO@SiO BT达到140°₂BT具有较高的疏水性质。根据SEM分析,硅团簇被加载的整个表面RGO网络。BT的疏水性表面和微纳米突起可以显著改善。然而,WCA仍不符合要求的superhydrophobicity WCA高于150°。

江等人研究的原因 水族馆paludum腔上囊在水面行走,发现这两个尺度与微纳米结构显示superhydrophobicity [ 25, 26]。自洁和超疏水材料准备的仿生设计与荷叶和类似的结构 水族馆paludum法布里修斯。发现纳米和微米结构的层次结构可以有效降低滚动角的水滴从表面上看,这直接影响水滴的运动趋势。此外,FAS-17修改,FAS-RGO@SiO的表面自由能₂BT会下降。当5 μl水滴接近FAS-RGO@SiO的表面₂BT,液滴仍然没有扩散到表面,总是保持圆形。直到竹针,后液体仍挂在针,如图所示 7 (d)。的WCA FAS-RGO@SiO₂英国电信(BT)显示了一个不准确的价值;然而,它远远超过150°。它是证明FAS-RGO@SiO₂BT具有良好的疏水效应。

通常,竹产品具有良好的亲水性和很容易吸收水分。竹子的亲水性导致变形,裂纹,和模具等,从而影响其应用。它非常有趣的转换实现竹子表面亲水性和疏水性。图 8BT的疏水效应,RGOBT RGO@SiO吗₂BT, FAS-RGO@SiO₂BT接触一些液体。

相比之下,发现BT和RGOBT没有疏水性影响八个类型的液体。无论是RGO@SiO₂英国电信和FAS-RGO@SiO₂BT水解影响茶、橙汁、牛奶、咖啡、蓝色墨水,红酒,和绿色的果汁。然而,FAS-RGO@SiO₂BT优于RGO@SiO₂BT, WCA的测试结果是一致的。此外,RGO@SiO₂英国电信和FAS-RGO@SiO₂英国电信是亲脂性的通过与石油接触的结果。的RGO@SiO₂英国电信和FAS-RGO@SiO₂英国电信没有疏水对石油。因此,有必要进一步研究superhydrophobicity石油。

图 9是FAS-RGO@SiO的数码照片吗₂BT接触不同pH值的解决方案。的FAS-RGO@ SiO₂BT具有明显的疏水效应的各种解决方案1 - 14的pH值。它可以直观地观察到FAS-RGO@SiO的准备₂BT仍然保持良好的疏水效果在强酸或强碱溶液。因此,FAS-RGO@SiO₂BT,开发户外材料,将具有良好的疏水特性,可抵御酸雨。

BT和FAS-RGO@SiO₂BT样本分别浸在水里。因为竹材料的密度在这个实验是~ 0.4克/厘米³,很明显小于水的密度,因此两个样品会漂浮在水面上。不考虑孔隙水和吸收,在浮力的公式理论、竹块应该沉浸在水厚度的40%。的FAS-RGO@SiO₂英国电信在图 10 ()已经浸入水由于其重量(实际上不到40%)。FAS-RGO@SiO₂英国电信不吸收水分,只有底部表面坚持水面。这种材料比FAS-RGO@SiO明显增大₂BT由于重力和水分的吸收。在图 10 (b),样品被外力浸在水里。没有外力,竹很快就会出现,如图 10 ()。FAS-RGO@SiO₂BT仍保持高于样品表面,不潮湿。如数据所示 10 (c)和 10 (d),如果水滴被添加到竹块,表面都是与水饱和,而地表水FAS-RGO@SiO的珠子₂英国电信维护WCA很高。外部力量,BT和FAS-RGO@SiO₂BT室温浸在水里,水吸收重量和厚度的测量和分析是经常重复。

英国电信和FAS-RGO@SiO的重量和厚度₂英国电信(BT)测量了很长一段时间。我们测试了BT的吸水率和厚度膨胀率和FAS-RGO@SiO₂英国电信在室温下为90天。结果如图 11,BT样品吸收更多的水在短时间内,扩大到一个更高的厚度。然而,FAS-RGO@SiO的吸水率和体重变化₂BT远远低于BT。在相同的治疗时间,FAS-RGO@SiO的厚度膨胀率₂英国电信也远小于BT。90天的测试后,BT样品的吸水率增加到145%,和厚度膨胀率达到16.3%。