[发明专利]一种抗紫外线与强机械性能的Janus材料及应用

说明书

本发明属于仿生材料技术领域，涉及一种抗紫外线与强机械性能的Janus材料及应用。该Janus材料包括：基材、亲水涂液和疏水涂液，所述基材表面覆有所述亲水涂液和所述疏水涂液；所述基材为泡沫金属材料；所述亲水涂液包括：单宁酸、三羟甲基氨基甲烷盐酸盐、氨基丙基三乙氧基甲硅烷和乙醇；所述疏水涂液包括：聚二甲基硅氧烷、亲脂性有机溶剂和四针状氧化锌。本发明受贻贝和豪猪鱼表面的组成和结构的启发，构建并制备了一种Janus材料，该Janus材料具备不对称的润湿性和协同的交替润湿性，适用于水分子的富集，例如捕获雾滴收集成水，并具有良好的抗紫外线、抗磨损能力和高机械强度。

技术领域

本发明属于仿生材料技术领域，涉及一种抗紫外线与强机械性能的Janus材料及应用。

背景技术

为了缓解干旱地区的缺水问题，雾被认为是解决干旱地区缺水的有效策略。基于此，捕雾集水材料被认为是收集大气中水资源的有效方法，捕雾集水材料的实现过程可分为雾捕集、供水和除水三步，其中亲水性材料可以较易从外界雾中捕获小雾滴从而促进雾的捕获，而疏水材料将有助于小水滴聚集凝结，促进水滴转移去除，进而更快的使亲水区域暴露，继续捕获空气中的雾滴。润湿材料的性质极大提高了捕雾效率和集水率，然而，单一的润湿性材料只能提高捕雾率或除水的效率，从而限制了集雾成水的整体效率。因此，根据雾捕集材料所需的内在特性，选择具有良好协同润湿性能的捕雾材料对实现捕雾集水具有重要意义。

Janus纳米材料基本特征在于其微尺度空间具有明确分区的化学和功能，其关键问题在于如何实现Janus材料形貌可控、化学组成严格分区、不同位点复合功能分区、微结构精细调控和批量化制备是该研究方向中的重点和难点。在众多捕雾材料中，由于非对称表面润湿驱动力的优点，Janus材料表现出与重力无关的排水过程，这种良好的特性是促进雾收集和缓解水资源短缺的一种良好策略。

然而，研究表明目前Janus材料在经济性和耐久性方面仍然存在局限性，用于捕雾集水的Janus材料的批量化制备和长期使用受到挑战。例如，一些Janus材料(例如CN115253685A)使用PDA来构建亲水性，PDA较为高昂的价格限制了其大规模应用；一些Janus材料采取化学蚀刻的方式，例如CN110755887B和CN110656328A，其容易变形，以及暴露在紫外线辐射下时，疏水涂层容易降解，并且在沙漠中应用时，空气中的飞沙容易磨损材料表面，从而破坏材料的特殊润湿性涂层；一些Janus材料制备工艺复杂，例如通过飞秒激光技术制备的捕雾集水的Janus材料，难以大规模工业化应用。因此，研制具有足够耐久性和优良抗紫外性能的Janus雾捕集材料对解决捕雾集水问题具有重要意义。

发明内容

本发明目的在于对现有用于捕雾集水的Janus材料及制备方法进行改进，获取具有良好的抗紫外线、抗磨损能力和高机械强度且制备方法简单经济的Janus材料。

基于上述目的，本申请通过提供一种抗紫外线与强机械性能的Janus材料及应用来解决该领域中的这种需要。

一方面，本发明涉及一种Janus材料，其包括：基材、亲水涂液和疏水涂液，所述基材表面覆有所述亲水涂液和所述疏水涂液；所述基材为泡沫金属材料；所述亲水涂液包括：单宁酸、三羟甲基氨基甲烷盐酸盐、氨基丙基三乙氧基甲硅烷和乙醇；所述疏水涂液包括：聚二甲基硅氧烷、亲脂性有机溶剂和四针状氧化锌。

进一步地，本发明提供的Janus材料中，所述亲脂性有机溶剂包括环己烷、正己烷、乙酸乙酯中的一种。

进一步地，本发明提供的Janus材料中，所述亲水涂液中，每40～60mg单宁酸配合25mL三羟甲基氨基甲烷盐酸盐、40～60mg氨基丙基三乙氧基甲硅烷、5mL乙醇。

进一步地，本发明提供的Janus材料中，所述疏水涂液中，每1～2g聚二甲基硅氧烷配合60mL己烷、1～2g四针状氧化锌。

进一步地，本发明提供的Janus材料中，所述泡沫金属材料包括泡沫铜、泡沫镍、泡沫铜镍合金、泡沫镍铬合金。