碳材料 / SiO2超疏水复合涂层：耐磨导电特性的创新突破与应用前景

当前超疏水导电材料因耐久性差、结构脆弱限制应用。研究人员制备碳材料 / SiO2耐磨导电超疏水涂层。结果显示该涂层性能良好，为制备此类表面提供新方法，在多领域有广阔应用前景。

　　在材料科学的奇妙世界里，超疏水材料就像拥有神奇魔力的 “防护盾”，凭借其独特的防水特性，在自清洁、金属防腐、防覆冰等众多领域大显身手。而导电超疏水材料更是集多种功能于一身，在除冰、电磁屏蔽、电子智能等前沿领域有着不可或缺的应用价值。然而，看似强大的它们却存在着致命弱点 —— 耐久性差和结构脆弱。就好比一座外表华丽的城堡，内部却有着不稳固的根基，这严重限制了导电超疏水材料的广泛应用，成为科研人员亟待攻克的难题。

为了突破这一困境，来自未知研究机构的研究人员勇敢地踏上了探索之旅。他们致力于研发一种全新的超疏水复合涂层，期望能赋予材料更好的耐磨性和导电性，让其在实际应用中更加可靠。经过不懈努力，他们成功制备出了基于碳材料 / SiO₂的复合超疏水涂层，这一成果犹如黑暗中的明灯，为相关领域的发展带来了新的希望。该研究成果发表在《Carbon Trends》上，引发了学术界的广泛关注。

在这项研究中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，通过溶胶 - 凝胶法（sol - gel 法），将碳材料（包括碳纤维和碳纳米管）与 SiO₂混合，直接制备复合涂层。其次，利用扫描电子显微镜（SEM）观察样品的表面形貌和元素分布，以分析涂层的微观结构。再者，借助傅里叶变换红外光谱（FTIR）对涂层的化学结构进行表征，明确化学键的振动信息。此外，使用接触角测量仪来量化涂层的水接触角，以此评估其疏水性能 。

下面来详细看看研究结果。在超疏水 CNTs-SiO₂涂层性能研究方面，通过 XRD 表征发现不同表面改性剂对无定形 SiO₂结构影响较小。FTIR 光谱显示添加改性剂可制备出疏水性能良好的涂层。接触角测试表明，以十二烷基三甲氧基硅烷 - KH550 为改性剂时，接触角最大可达 156.510°。SEM 图像呈现出不同改性剂作用下涂层各异的微观结构。耐磨性测试显示，经 20 次摩擦后，涂层接触角仍大于 150°，但随摩擦次数增加而减小。自清洁测试中，该涂层能有效清除模拟污染物，展现出出色的自清洁能力。

对于超疏水 CF-SiO₂涂层性能研究，XRD 结果同样表明表面改性剂对 SiO₂无定形结构影响微弱。FTIR 光谱进一步证实可制备出疏水涂层。接触角测试显示，十二烷基三甲氧基硅烷 - KH550 改性时接触角最大为 156.034°。SEM 观察到不同改性剂下涂层微观结构的差异。耐磨性测试发现，经 50 次摩擦后，涂层接触角为 149.262°，降幅 4.3%，接近超疏水状态，说明碳纤维的添加提高了涂层耐磨性。自清洁实验中，涂层能顺利清洁表面污染物，自清洁性能优异。

超疏水 CF-CNTs-SiO₂涂层性能研究方面，XRD 表征显示不同改性剂对 SiO₂无定形结构影响不大。FTIR 光谱证明可制备出疏水涂层。接触角测试表明，以十二烷基三甲氧基硅烷 - KH550 为改性剂时接触角最大。SEM 图像展示了独特的微观结构。耐磨性测试结果令人惊喜，经 50 次摩擦后，接触角为 151.278°，降幅 4.2%，仍保持超疏水状态，归因于碳纳米管的自润滑性和碳纤维的耐磨性。自清洁测试和酸碱抗性测试显示，该涂层能有效清洁表面，在酸碱溶液中浸泡 6 小时未被腐蚀，展现出良好的抗污、自清洁和耐酸碱性能。

在综合性能研究中，SEM 和 AFM 表征揭示了 CF-CNTs-SiO₂涂层的微观结构和表面粗糙度，表明其超疏水性源于 SiO₂与碳材料交织形成的微纳米分层结构和改性剂修饰的低表面能。导电性研究发现，随着碳纤维添加量增加，涂层方阻降低，导电性显著提高。

研究结论和讨论部分，此次研究成功制备出具有良好耐磨性和优异导电性的 CNTs、碳纤维和 SiO₂复合超疏水涂层。与单一 SiO₂涂层相比，碳纳米管、碳纤维及其复合材料的加入极大地增加了涂层表面形貌的复杂性和耐磨性，显著提升了涂层的导电性。经合适表面改性剂处理后，碳材料 / SiO₂超疏水复合涂层性能优良。CF-SiO₂涂层接触角为 156.034°，50 次磨损后降幅 4.3%；CNTs-SiO₂涂层接触角为 156.510°，50 次磨损后降幅 8.3%；CF-CNTs-SiO₂涂层接触角为 158.005°，50 次磨损后降幅 4.2%，仍达 151.278°，且方阻达到 1.53 KΩ/sq 。该研究为制备耐磨导电超疏水表面提供了一种简单实用的方法，在众多领域展现出广阔的应用前景，有望推动相关行业的技术革新，为实际生产和生活带来更多便利和创新。