“塑料王”也能变身气凝胶

自1931年被发现以来，气凝胶这种以空气为主要组分的材料拥有不少独特的性质，比如常见的氧化硅气凝胶就具有超高的比表面积、极低的热传导率以及超疏水表面特性。气凝胶也在功能涂层、催化、隔热保温等诸多领域得到广泛的应用。聚四氟乙烯（PTFE）同样是上世纪三四十年代伴随着研制原子弹的“曼哈顿工程”而出现的高性能功能材料，超强的耐候性、化学稳定性以及超低表面能是其显著特点，俗称“塑料王”。但是，多年以来PTFE和气凝胶两者几乎从无交集，也未曾见相关研究报道。

近日，墨西哥国立理工学院Alexandre Michtchenko教授等研究者以氧化石墨烯（GO）为粘结剂，经过水合肼还原以及370 °C高温退火，首次成功制备了PTFE基气凝胶材料。该PTFE气凝胶密度仅29±2 mg/cm³，材料表面由原先的疏水转态提升至超疏水状态。此外，该多孔气凝胶材料具有优异的有机溶剂吸附能力，可用于多种有机的溶剂的分离回收。

PTFE气凝胶实物展示。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

研究团队将含表面活性剂的PTFE悬浮液与由改进Hammers法制备的GO悬浮液混合，经-50 °C低温冷冻形成水凝胶体系，再经过冻干处理、水合肼还原，最后高温退火除去体系中的残留表面活性剂，得到圆柱状PTFE气凝胶。研究人员采用IR及XPS谱图对PTFE气凝胶体系的材料构成进行了详细表征，证实气凝胶主要由PTFE和还原的氧化石墨烯（rGO）构成。

PTFE气凝胶材料组成IR表征。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

由PTFE悬浮液喷涂制备的涂层，由于体系含有两亲性的表面活性剂，其表面水接触角仅为69°；而PTFE气凝胶材料表面则呈现优异的超疏水性能，水接触角高达161.9-163.7°。SEM测试PTFE气凝胶材料表面及内部呈现均一的微米尺度多孔结构。

PTFE气凝胶疏水结构表征。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

此外，该PTFE气凝胶能够吸附异丙醇、丙酮、己烷、THF等有机溶剂，有效吸附体积超过80%，且展现出优异的吸附-解吸附性能稳定性。

PTFE气凝胶己烷吸附再循环性能测试。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

总结

该文参考PVDF气凝胶等多孔材料体系的制备方法，基于PTFE-rGO复合首次将PTFE纳入了气凝胶体系。该PTFE气凝胶其表面疏水特性显著提升，同时具有多种有机溶剂高效吸附能力，进一步拓宽了“塑料王”PTFE的应用范围。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Novel Superhydrophobic Aerogel on the Base of Polytetrafluoroethylene

Sergey A. Baskakov, Yulia V. Baskakova, Eugene N. Kabachkov, Nadezhda N. Dremova, Alexandre Michtchenko*, Yury M. Shulga

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 32517-32522, DOI: 10.1021/acsami.9b10455