微波球磨制备十八胺-氧化石墨烯构建高耐久无氟超疏水涂层及其性能研究

《Surfaces and Interfaces》：Durable Fluorine-Free Superhydrophobic Coatings Enabled by Microwave-Assisted Ball Milling of Octadecylamine-Graphene Oxide

本文报道了一种通过微波辅助球磨（MABM）技术制备十八胺功能化氧化石墨烯（ODA-GO），并结合环氧树脂（EP）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）喷涂成型的高耐久无氟超疏水涂层。该涂层水接触角（WCA）>161°，经机械磨损（砂纸磨损、胶带剥离）、化学腐蚀（NaCl/HCl/NaOH溶液浸泡）、紫外线（UV）辐照等严苛测试后仍保持超疏水性，在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡21天后极化电阻（Rp）达1.76×106 Ω·cm2，油水分离效率高达98%，为海洋防腐与工业设备防护提供了绿色解决方案。

　　

材料

单层氧化石墨烯（GO，江苏XFNANO公司，平均片径0.5-5 μm，氧含量>54%，详见表S1）及其他试剂均为商业采购：十八胺（ODA）和氢氧化钠（阿拉丁公司）、无水乙醇（国药集团）、N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP，湖南汇虹）、氯化钠（天津恒兴）、丙酮、乙酸乙酯、盐酸、甲苯、环己烷、正庚烷、亚甲基蓝、玫瑰红B及甲基橙（上海泰坦）。环氧树脂E-44与聚酰胺650固化剂（湖南金海）以及聚二甲基硅氧烷（PDMS，道康宁184硅橡胶）均按原样使用。实验用水为去离子水。

颗粒表征

为评估不同改性方法对GO结构的影响，我们进行了一系列表征。经球磨改性的样品标记为DRGO，而微波辅助法制备的样品标记为WRGO。

通过X射线衍射（XRD）分析反应过程中的物相演变（图2a）。原始GO的（002）衍射峰位于11.30°（层间距=7.83 ?），而DRGO和WRGO的衍射峰分别位移至6.44°和5.16°，层间距显著扩大至13.72 ?和17.13 ?，表明ODA成功插入GO层间。WRGO的层间距扩大更为明显，证实微波辅助策略可更有效促进有机分子插层。

结论

本研究通过微波辅助球磨合成ODA-GO并结合喷涂工艺，开发出一种高耐久多功能超疏水涂层。该涂层在自清洁、浮力增强和油水分离方面表现卓越，其最突出的特点是极端机械测试（胶带剥离、砂纸磨损、沙粒/水流冲击）和腐蚀介质浸泡后仍保持超疏水性。电化学测试表明其在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡21天后极化电阻（R_p）稳定在1.74×10⁶ Ω·cm²，油水分离效率持续高于98%。该绿色策略为极端环境下的金属防护提供了创新解决方案。