由于纖維素含有分散甲基，這使得木質(zhì)復(fù)合材料具有高吸水性。與此同時(shí)，由于木材結(jié)構(gòu)中含有大量的毛細(xì)管和微毛細(xì)胞，木材表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸附和毛細(xì)凝結(jié)。這種水分吸收增加了纖維的降解，體現(xiàn)在膨脹、開裂、機(jī)械性能惡化、易腐爛等方面，進(jìn)而影響木質(zhì)復(fù)合材料的使用壽命和應(yīng)用范圍。所以，提高木材的尺寸穩(wěn)定性，賦予木材超疏水性能是非常重要的。

在木質(zhì)復(fù)合材料超疏水改性研究的基礎(chǔ)上，南京林業(yè)大學(xué)蔣少華教授團(tuán)隊(duì)，最近在Advances in Colloid and Interface Science發(fā)表了一個標(biāo)題 “Surface modifications towards superhydrophobic wood-based composites: Construction strategies, functionalization, and perspectives” 綜述文章?？偨Y(jié)了超疏水木復(fù)合材料的研究進(jìn)展，系統(tǒng)闡述了影響超疏水木復(fù)合材料特性的三個關(guān)鍵因素:合成工藝、木材類型和化學(xué)藥品。其次，總結(jié)了超疏水木復(fù)合材料的多功能屬性和性能評價(jià)方法，最終為超疏水木復(fù)合材料未來的研究方向提供了基本的理論框架，為開發(fā)多功能屬性、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的超疏水木復(fù)合材料提供了新的思路。

圖1 影響超疏水木復(fù)合材料制備特性的因素及其性能示意圖。

第一，本文要點(diǎn)

超疏水木復(fù)合材料的性能主要由兩個因素決定：粗糙的結(jié)構(gòu)和低表面的改性。但是，制備過程涉及到多種因素，各種因素都會影響超疏水木復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和表面改性效果，從而影響木復(fù)合材料的宏觀性能特性。本總結(jié)介紹了三個關(guān)鍵決定因素：(1)制備工藝 (2) 木材物種的特異性和各種特異性 (3) 選擇化學(xué)物質(zhì)。

(1)制備工藝

常見的制備策略包括溶膠-凝膠法、水熱合成法、化學(xué)氣相沉積法、模板法、蝕刻法、物理氣相沉積法及其組合。不同的制備方案和工藝條件會影響粗糙度的構(gòu)建，進(jìn)而影響超疏水木復(fù)合材料的疏水性能(圖2)。

圖2 MTCSCVD法制備@wood 和 PFDMS@MTCS@wood 的示意圖。

(2)基底材料

木材的固有特性受地理和氣候差異的影響，再加上其自然的多樣性，使其與玻璃、紙張、金屬等對稱基材不同。木材種類之間如此自然的差異，以及木材橫截面內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)差異，都會影響超疏水特性。對木材表面的差異進(jìn)行了研究，對改性木材表面的液體進(jìn)行了可視化運(yùn)動(圖3)。利用木材的特殊性，最大限度地利用木材資源，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖3 (A)原生云杉木材截面的SEM圖像是由旋轉(zhuǎn)切片機(jī)切割獲得的。(B) 10 μL液在改性LW上運(yùn)動。傾斜木材樣品(44°)。

化學(xué)藥品的選擇(3)

超級疏水木復(fù)合材料不僅具有超級疏水性能，而且在制造過程中還能獲得額外的功能。結(jié)果表明，化學(xué)藥品的選擇對超疏水木復(fù)合材料的這些附加特性有很大影響。例如，超疏水木復(fù)合材料的耐久性，防紫外線。（UV）性、抗菌、抗真菌和磁性都與納米顆粒有關(guān)(圖4)，納米顆粒具有特定的粗糙結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，表面改性材料對疏水性能起著關(guān)鍵作用。

圖4 氧化鋅木材表面可逆浸濕機(jī)理圖。

從本質(zhì)上來說，充分了解制備工藝和木材的特點(diǎn)，化學(xué)藥品之間的相互作用對于提高超疏水木復(fù)合材料的性能尤為重要。

超疏水木復(fù)合材料的多功能屬性

基本特征對于 SWBC 在實(shí)際應(yīng)用中的可行性尤為重要，因?yàn)樗梢员ＷC超疏水特性在受到外力作用時(shí)仍能保持。另一方面，有限的特性更多地針對特定的使用場景，為超疏水木材的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

元素屬性三

為了保證超疏水木復(fù)合材料的長期耐久性，必須具有特定的基本特性。機(jī)械穩(wěn)定性和耐化學(xué)性兩個關(guān)鍵特征(圖5)。另外，自清潔能力也是超疏水木復(fù)合材料的另一個基本特征。這種特性可以保證材料表面的清潔，防止污染物和污染物的覆蓋或損壞。超疏水木復(fù)合材料的耐久性大大提高了機(jī)械穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和自清潔能力的結(jié)合，使這些特性成為其應(yīng)用中不可或缺的重要因素。

圖5 (A) 水滴在超疏水表面滾動。(B) 線性損壞測試裝置。(C) 由于鍍層失效，磨損后水滴停在原來的表面。

約束特性四、約束特性

為了促進(jìn)超疏水木復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用，除了其基本特性外，還需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用整合其它特性。其特點(diǎn)包括抗菌、防霉、防紫外線、阻燃，使超疏水木復(fù)合材料能承受各種環(huán)境挑戰(zhàn)。此外，超疏水木復(fù)合材料在水油分離性能方面的應(yīng)用取得了顯著進(jìn)展，其對外界環(huán)境刺激的響應(yīng)機(jī)制也引起了研究人員的極大關(guān)注。 (圖6)。所以，未來的研究應(yīng)該從單一功能轉(zhuǎn)變?yōu)槎喙δ懿牧希詳U(kuò)大其應(yīng)用范圍。

圖6 (A1) 光學(xué)照片采用超疏水木片在重力推動下分離水包汽油乳液。(A2) 分離前水包汽油乳液的光學(xué)圖像。(A3) 分離后的水包汽油乳液光學(xué)圖像。(B) 運(yùn)用 M-WA 氯仿過程照片從水中吸收。(C) 三維智能 BW/PSP 薄膜的功能示意圖。(D) PCL熱響應(yīng)10,000 電影擬議機(jī)理示意圖。

五、總結(jié)

本文對超疏水木復(fù)合材料的物理化學(xué)特性進(jìn)行了研究，包括制造方法、化學(xué)溶劑選擇和基底材料類型。此后，對超疏水木復(fù)合材料的常見性能及檢測方法進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述?；咎卣鞅环Q為使用超疏水木復(fù)合材料的必要前提條件，而有限的特性是精心定制的，以滿足特定的應(yīng)用要求，從而為超疏水木復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近幾年來，超疏水木復(fù)合材料的開發(fā)與應(yīng)用有了顯著發(fā)展。值得注意的是，本文對生產(chǎn)、物種選擇和化學(xué)藥品選擇的要求恰恰反映了超疏水木復(fù)合材料面臨的問題:疏水性保證、多功能發(fā)展和工業(yè)化。參考圖7，我們提供了一個全面直觀的必要技術(shù)表達(dá)，描述了必須優(yōu)化的必要技術(shù)，以促進(jìn)其轉(zhuǎn)化為工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。

圖7 未來超疏水木復(fù)合材料的研究方向

該研究以“Surface modifications towards superhydrophobic wood-based composites: Construction strategies, functionalization, and perspectives“問題發(fā)表于Advances in Colloid and Interface 韓小帥副教授是Science南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究生王小藝的第一作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cis.2024.103142

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原標(biāo)題：超疏水木基復(fù)合材料的表面改性：構(gòu)建戰(zhàn)略、功能和前景，[復(fù)材信息]

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