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我系在超快激光微纳制造油水分离材料研究中取得新进展
2017-09-14     作者:      来源:       浏览次数:138

国际权威杂志、物理ESI期刊《Nanoscale》(IF:7.367)近期报导了我系青年教师银恺博士(第一作者),段吉安教授、何军教授(共同通讯)在飞秒激光高效率制备纳米条纹结构的油水分离材料相关研究。以下是该论文的详细信息。


引言

海洋石油泄漏不仅对海水、海岸线造成严重生态污染,危害人类健康,而且还会引起石油能源的流失。为了有效解决全世界人类生存发展的新挑战,油水分离成为了目前有效解决这一难题的有效途径。目前制备油水分离材料所遇到的难题是大面积油水分离材料的制备效率低;在腐蚀性的海水中,油水分离材料极易被破坏,造成其功能失效等。


成果简介

为解决这上述难题,中南大学青年教师银恺博士(第一作者),段吉安教授和何军教授(共同通讯)在Nanoscale上发表一篇题为“Femtosecond laser induced robust periodic nanoripples structured mesh for highly efficent oil-water separation”的文章,在该文中,研究人员通过飞秒激光直写技术在不锈钢网表面快速制备了大面积nanoripple结构,所制备的材料表面具有超亲水,水下超疏油的特性,并具有高达99%的油液分离能力。同时,该材料表现出较强的抗腐蚀和耐磨损性能。为海洋石油泄漏的清洁和原油收集提供了一种有效的制备途径。


图文导读
图1:原不锈钢网与飞秒激光加工不锈钢网的表面形貌与能谱分析 
(a) 加工前后不锈钢网的数码图像对比; (b) 加工前不锈钢网的SEM图像; (c-e) 加工后不锈钢网在不同倍率下的SEM图像;     (f, g) 加工前后不锈钢网表面的EDS能谱对比。

图2:原不锈钢网与飞秒激光加工不锈钢网的浸润特性分析

 (a, b) 加工前后不锈钢网在空气中水的浸润特性对比; (c, d) 加工前后不锈钢网在水中油的浸润特性对比; (e) 加工后不锈钢网在水下油滴动态粘附特性; (f) 加工后不锈钢网在水下油滴滚动特性。

图3:油水分离测试与展望

(a-d) 加工后不锈钢网的油水分离动态测试图片; (e) 应用于海洋大面积油水分离和油收集展望图。

图4:不同参数条件下加工后不锈钢网的浸润特性和油水分离效率
 
(a) 不同种类油滴的水下油接触角与滚动角;(b) 不同种类油滴的油水分离效率;(c) 不同目数不锈钢网的水下油接触角;
(d) 不同目数不锈钢网的油水分离效率。

图5:加工后不锈钢网的抗摩擦与抗腐蚀性能
 
(a) 抗摩擦测试示意图;(b, c) 30次摩擦后,加工后不锈钢网表面的浸润特性与油水分离效率;(d) 抗腐蚀测试示意图及相应SEM图;(e, f) 在不同腐蚀环境下,加工后不锈钢网表面的浸润特性与油水分离效率。

图6:加工后不锈钢网液体润湿机理

(a) 加工后不锈钢网空气中超亲水分析;(b) 加工后不锈钢网水下超疏油及油水分离分析。

总结

该研究提出了一种在不锈钢网表面采用飞秒激光直写扫描技术一步大面积加工纳米条纹结构的方法,所制备的不锈钢网具有空气中超亲水,水下超疏油的特性,并具有高达99%优异的油水分离效率。同时,其展现出较好的抗摩擦与抗腐蚀性能。该研究在海洋石油泄漏的清洁和原油收集中具有潜在的应用价值。

文献链接:Femtosecond laser induced robust periodic nanoripples structured mesh for highly efficient oil-water separation (Nanoscale, 2017, DOI: 10.1039/C7NR04582D)


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