CN110755887B - 一种超浸润Janus材料的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及超浸润Janus材料技术领域，尤其涉及一种超浸润Janus材料的制备方法及其应用。本发明利用过硫酸铵溶液和氢氧化钠溶液的混合液作为腐蚀液对所述铜网或铜泡沫进行刻蚀，能够在铜网或铜泡沫表面布满“松针状”纳米结构，使铜网或铜泡沫具有超亲水特性；其次，利用二甲基硅氧烷混合溶液的低表面能气体分子疏水化修饰并加入水控制疏水分子浸润距离的方法处理得到的超亲水铜网或超亲水铜泡沫，使制备得到的超疏水‑超亲水铜泡沫一侧超亲水，另一侧超疏水，具有较高的油水分离效率(＞94％)；且制备得到的超疏水‑超亲水铜网在水环境中，依靠超疏水‑超亲水铜网材料界面特殊浸润性，使水下气泡单向导通。
Description
技术领域
本发明涉及超浸润Janus材料技术领域，尤其涉及一种超浸润Janus材料的制备方法及其应用。
背景技术
固体材料表面的浸润性主要是由固体表面的微观结构和化学组成协同作用决定的。近年来，科学研究工作者们对各种超浸润表面进行深入研究，涌现出许多超浸润界面材料的制备方法。超浸润Janus材料是一种两面具有不同浸润特性(超亲水-超疏水)的界面材料，在离子可控输运、油/水分离和流体单向导通等领域具有广泛的应用。超浸润Janus界面材料主要可以通过不对称构筑和不对称修饰这两种方法来制备。利用不对称构筑法，采用顺序电纺技术制备疏水性聚氨酯/亲水乙烯醇纤维结构膜，实现水滴的单向渗透(Wu J,Wang N,Wang L,et al.Unidirectional water-penetration composite fibrousfilmvia electrospinning[J].SoftMatter,2012,8(22):5996-5999.)；利用不对称修饰法，将ZnO涂层织物膜先用超疏水分子修饰，然后再对织物单侧进行紫外光降解处理使其恢复亲水性，得到油滴单向导通的超疏水、亲水织物膜(Wang H,Zhou H,Yang W,etal.Selective,Spontaneous One-Way Oil-Transport Fabrics and Their Novel Usefor Gauging Liquid Surface Tension[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2015,7(41):22874-22880.)。
然而，目前利用不对称构筑和不对称修饰方法制备超浸润Janus界面材料的步骤繁琐，操作条件不易调控，且特殊浸润性界面上流体输运方向难以控制，通过简易构筑二维或三维超浸润Janus界面材料并实现气-液-固三相界面上的单向运输和油水分离仍然是一个亟待解决的重大问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超浸润Janus材料的制备方法及其应用，本发明所述制备方法简单，且制备得到的超浸润Janus材料能够实现水下气泡的单向导通。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种超浸润Janus材料的制备方法，包括以下步骤：
提供铜网或铜泡沫；所述铜网的孔径为20～100目，所述铜泡沫的孔隙率为50～90％；
将所述铜网或铜泡沫在腐蚀液中进行刻蚀，得到超亲水的铜网或超亲水的铜泡沫；所述腐蚀液为过硫酸铵溶液和氢氧化钠溶液的混合液；
将预聚二甲基硅氧烷溶液进行预固化，得到预固化的聚二甲基硅氧烷；
将所述超亲水铜网或超亲水铜泡沫置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网或超亲水铜泡沫与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间后，加入去离子水浸满亲水层，进行固化，得到所述超浸润Janus材料；
所述超浸润Janus材料为超疏水-超亲水铜网或超疏水-超亲水铜泡沫。
优选的，进行所述刻蚀前，还包括对所述铜网或铜泡沫进行预处理；
所述预处理的过程为：在超声条件下，将所述铜网或铜泡沫依次采用无水乙醇和盐酸进行清洗。
优选的，所述过硫酸铵溶液的浓度为0.012～0.017mol/L；所述氢氧化钠溶液的浓度为4.5～5.5mol/L；
所述过硫酸铵溶液与所述氢氧化钠溶液的体积比为(0.8～1.2)：1。
优选的，所述刻蚀的温度为25～30℃，所述刻蚀的时间为8min。
优选的，所述预聚二甲基硅氧烷溶液的制备方法，包括以下步骤：
将二甲基硅氧烷和交联剂混合，得到所述预聚二甲基硅氧烷溶液。
优选的，所述二甲基硅氧烷与所述交联剂的质量比为10:1。
优选的，所述预固化的温度为60℃，所述预固化的时间为25～30min。
优选的，所述超亲水铜网与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间为1～6s；
所述固化的温度为60℃，所述固化的时间为4～6h。
优选的，所述超亲水铜泡沫与所述预固化的聚二甲硅氧烷的接触时间为1～60s；
所述固化的温度为60℃，所述固化的时间为4～6h。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的超浸润Janus材料在油/水分离和流体单向导通领域中的应用。
本发明提供了一种超浸润Janus材料的制备方法，包括以下步骤：提供铜网或铜泡沫；所述铜网的孔径为20～100目，所述铜泡沫的孔隙率为50～90％；将所述铜网或铜泡沫在腐蚀液中进行刻蚀，得到超亲水的铜网或超亲水的铜泡沫；所述腐蚀液为过硫酸铵溶液和氢氧化钠溶液的混合液；将预聚二甲基硅氧烷溶液进行预固化，得到预固化的聚二甲基硅氧烷；将所述超亲水铜网或超亲水铜泡沫置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网或超亲水铜泡沫与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间后，进行固化，得到所述超浸润Janus材料；所述超浸润Janus材料为超疏水-超亲水铜网或超疏水-超亲水铜泡沫。本发明利用过硫酸铵溶液和氢氧化钠溶液的混合液作为腐蚀液对所述铜网或铜泡沫进行刻蚀，能够在铜网或铜泡沫表面布满“松针状”纳米结构，使所述铜网或铜泡沫具有超亲水特性；其次，利用在二甲基硅氧烷的低表面能气体分子疏水化修饰并加入水控制疏水分子浸润距离的方法处理得到的超亲水铜网或超亲水铜泡沫，使制备得到的超疏水-超亲水铜泡沫一侧超亲水，另一侧超疏水，具有较高的油水分离效率(>94％)；且制备得到的超疏水-超亲水铜网在水环境中，依靠超疏水-超亲水铜网材料界面特殊浸润性，使水下气泡单向导通，在微流控器件、智能材料领域具有重大的应用；
同时，本发明提供的制备方法适用范围广，能够适用于其他金属网材、三维金属泡沫材料和金属板材；方法简单便捷、耗时少、原材料廉价易得，使用的材料无污染且能循环使用。
附图说明
图1为本发明所述超浸润Janus材料的制备方法流程图；
图2为本发明实施例4制备得到的超疏水-超亲水铜网的静态水接触角图片(a超疏水侧在上，b为亲水侧在上)；
图3为本发明实施例4制备得到的超疏水-超亲水铜网的SEM图(a为超疏水侧，b为亲水侧)；
图4为本发明实施例4制备得到的超疏水-超亲水铜网水下气泡单向导通的实际过程图(a为水下超疏水侧在下-亲水侧在上气泡输运过程图片，b为超疏水侧水下超疏水侧在下-亲水侧在上气泡输运过程图片)；
图5为本发明实施例4制备得到的超疏水-超亲水铜网用于水下气泡单向导通原理示意图(a为超疏水侧在下/亲水侧在上，b为亲水侧在下/超疏水侧在上)；
图6为本发明实施例7制备得到的超疏水-超亲水铜泡沫的光学图片；
图7为本发明实施例7制备得到的超疏水-超亲水铜泡沫的水下超疏水侧光学图片(a)、静态水接触角图片(a')、水下超亲水侧光学图片(b)和静态水接触角图片(b')；
图8为本发明利用超疏水-超亲水铜泡沫进行油水分离的装置示意图；
图9为本发明轻油(密度比水小)/水混合溶液分离实际过程的光学照片(a)和重油(密度比水大)/水混合溶液分离实际过程光学照片(b)。
具体实施方式
本发明提供了一种超浸润Janus材料的制备方法，包括以下步骤：
提供铜网或铜泡沫；所述铜网的孔径为20～100目，所述铜泡沫的孔隙率为50～90％；
将所述铜网或铜泡沫在腐蚀液中进行刻蚀，得到超亲水的铜网或超亲水的铜泡沫；所述腐蚀液为过硫酸铵溶液和氢氧化钠溶液的混合液；
将预聚二甲基硅氧烷溶液进行预固化，得到预固化的聚二甲基硅氧烷；
将所述超亲水铜网或超亲水铜泡沫置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网或超亲水铜泡沫与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间后，加入去离子水浸满亲水层，进行固化，得到所述超浸润Janus材料(如图1所示)；
所述超浸润Janus材料为超疏水-超亲水铜网或超疏水-超亲水铜泡沫。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
提供铜网或铜泡沫；所述铜网的孔径为20～100目，所述铜泡沫的孔隙率为50～90％。在本发明中，所述铜网的孔径优选为20目、30目、60目、80目或100目。在本发明中，所述铜泡沫的厚度优选为2mm。
本发明提供的制备方法还包括将所述铜网或铜泡沫在腐蚀液中进行刻蚀，得到超亲水的铜网或超亲水的铜泡沫；所述腐蚀液为过硫酸铵溶液和氢氧化钠溶液的混合液。
在本发明中，进行所述刻蚀前，还优选包括对所述铜网或铜泡沫进行预处理；所述预处理的过程优选为：在超声条件下，将所述铜网或铜泡沫依次采用无水乙醇和盐酸进行清洗。本发明对所述超声的频率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的超声频率进行即可。在本发明中，采用所述无水乙醇进行清洗时，所述超声的时间优选为20min，清洗的次数优选为3次；采用所述无水乙醇清洗完成后，本发明还优选包括用大量去离子水冲洗干净，本发明对上述过程没有任何特殊的限定。在本发明中，采用所述盐酸进行清洗时，所述盐酸的浓度优选为1mol/L，所述超声的时间优选为10min；采用所述盐酸进行清洗完成后，本发明还优选包括用大量去离子水进行冲洗后，干燥。本发明对上述冲洗和干燥过程均没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述过硫酸铵溶液的浓度优选为0.012～0.017mol/L，更优选为0.013～0.016mol/L，最优选为0.014～0.015mol/L；所述氢氧化钠溶液的浓度优选为4.5～5.5mol/L，更优选为4.8～5.2mol/L。在本发明中，所述过硫酸铵溶液与所述氢氧化钠溶液的体积比优选为(0.8～1.2)：1，更优选为(0.9～1.1)：1。
在本发明中，所述刻蚀的温度优选为25～30℃；所述刻蚀的时间优选为8min。
所述刻蚀完成后，本发明还优选包括采用大量去离子水清洗和室温干燥；本发明对所述清洗和干燥的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
本发明所述的制备方法还包括将预聚二甲基硅氧烷溶液进行预固化，得到预固化的聚二甲基硅氧烷。
在本发明中，所述预聚二甲基硅氧烷溶液的制备方法，优选包括以下步骤：将二甲基硅氧烷和交联剂混合，得到所述预聚二甲基硅氧烷溶液。在本发明中，所述二甲基硅氧烷和交联剂优选为市售商品，更优选为道康宁184硅橡胶SYLGARD灌封胶PDMS聚二甲基硅氧烷(其中的二甲基硅氧烷和交联剂配套使用)；所述二甲基硅氧烷单体溶液与所述交联剂的质量比优选为10:1。在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，本发明对所述搅拌没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的条件进行即可。
在本发明中，进行预固化前，还优选包括对所述预聚二甲基硅氧烷溶液进行真空抽滤；所述真空抽滤的时间优选为30min；本发明对所述真空抽滤的其它条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的条件即可。
在本发明中，所述预固化的温度优选为60℃，所述预固化的时间优选为25～30min，更优选为26～28min。在本发明中，所述预固化优选在烘箱中进行。
得到预固化的聚二甲基硅氧烷后，本发明将所述超亲水铜网或超亲水铜泡沫置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网或超亲水铜泡沫与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间后，加入去离子水浸满亲水层，进行固化，得到所述超浸润Janus材料。
在本发明中，滴加去离子水过程中的温度优选为60℃。
在本发明中，所述超亲水铜网与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间优选为1～6s，更优选为3s；所述固化的温度优选为60℃；所述固化的时间优选为4～6h，更优选为4.5～5.5h。在本发明中，调控接触时间能够调控硅氧烷疏水分子进入材料的深度。
在本发明中，所述超亲水铜泡沫与所述预固化的聚二甲硅氧烷的接触时间优选为1～60s，更优选为30s；所述固化的温度为60℃，所述固化的时间优选为4～6h，更优选为4.5～5.5h。在本发明中，调控接触时间能够调控硅氧烷疏水分子进入材料的深度。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的超浸润Janus材料在油/水分离和流体单向导通领域中的应用。本发明对所述应用的方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的应用方法进行应用即可。
下面结合实施例对本发明提供的超浸润Janus材料的制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
提供铜网(孔径为20目)；将所述铜网在无水乙醇中超声清洗20min，清洗3次，用大量去离子水冲洗干净后，再置于1mol/L的盐酸溶液中进行超声清洗10min，用大量去离子水冲洗干净铜材料后，在室温条件下干燥，备用；
按照体积比1:1，将浓度为0.015mol/L的过硫酸铵溶液与浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液混合得到腐蚀液；
将预处理后的铜网置于所述腐蚀液中进行刻蚀(温度为30℃，时间为8min)后，用大量去离子水洗净，室温干燥，得到超亲水铜网；
将二甲基硅氧烷与交联剂(质量比为10:1)混合并搅拌均匀，真空抽滤30min以除尽得到的二甲基硅氧烷溶液中的气泡后；置于烘箱中进行预固化(60℃，28min)，得到预固化的聚二甲基硅氧烷；
将所述超亲水铜网置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间(3s)，进而调控硅氧烷疏水分子进入材料的深度(0.3mm)后，加入足量去离子水浸满亲水层，进行固化(60℃，5h)，得到所述超浸润Janus材料。
实施例2
提供铜网(孔径为30目)；将所述铜网在无水乙醇中超声清洗20min，清洗3次，用大量去离子水冲洗干净后，再置于1mol/L的盐酸溶液中进行超声清洗10min，用大量去离子水冲洗干净铜材料后，在室温条件下干燥，备用；
按照体积比1:1，将浓度为0.015mol/L的过硫酸铵溶液与浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液混合得到腐蚀液；
将预处理后的铜网置于所述腐蚀液中进行刻蚀(温度为30℃，时间为8min)后，用大量去离子水洗净，室温干燥，得到超亲水铜网；
将二甲基硅氧烷与交联剂(质量比为10:1)混合并搅拌均匀，真空抽滤30min以除尽得到的二甲基硅氧烷溶液中的气泡后；置于烘箱中进行预固化(60℃，28min)，得到预固化的聚二甲基硅氧烷；
将所述超亲水铜网置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间(3s)，进而调控硅氧烷疏水分子进入材料的深度(0.2mm)后，加入足量去离子水浸满亲水层，加热进行固化(60℃，5h)，得到所述超浸润Janus材料。
实施例3
提供铜网(孔径为60目)；将所述铜网在无水乙醇中超声清洗20min，清洗3次，用大量去离子水冲洗干净后，再置于1mol/L的盐酸溶液中进行超声清洗10min，用大量去离子水冲洗干净铜材料后，在室温条件下干燥，备用；
按照体积比1:1，将浓度为0.015mol/L的过硫酸铵溶液与浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液混合得到腐蚀液；
将预处理后的铜网置于所述腐蚀液中进行刻蚀(温度为30℃，时间为8min)后，用大量去离子水洗净，室温干燥，得到超亲水铜网；
将二甲基硅氧烷与交联剂(质量比为10:1)混合并搅拌均匀，真空抽滤30min以除尽得到的二甲基硅氧烷溶液中的气泡后；置于烘箱中进行预固化(60℃，28min)，得到预固化的聚二甲基硅氧烷；
将所述超亲水铜网置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间(3s)，进而调控硅氧烷疏水分子进入材料的深度(0.1mm)后，加入足量去离子水浸满亲水层，加热进行固化(60℃，5h)，得到所述超浸润Janus材料。
实施例4
提供铜网(孔径为80目)；将所述铜网在无水乙醇中超声清洗20min，清洗3次，用大量去离子水冲洗干净后，再置于1mol/L的盐酸溶液中进行超声清洗10min，用大量去离子水冲洗干净铜材料后，在室温条件下干燥，备用；
按照体积比1:1，将浓度为0.015mol/L的过硫酸铵溶液与浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液混合得到腐蚀液；
将预处理后的铜网置于所述腐蚀液中进行刻蚀(温度为30℃，时间为8min)后，用大量去离子水洗净，室温干燥，得到超亲水铜网；
将二甲基硅氧烷与交联剂(质量比为10:1)混合并搅拌均匀，真空抽滤30min以除尽得到的二甲基硅氧烷溶液中的气泡后；置于烘箱中进行预固化(60℃，28min)，得到预固化的聚二甲基硅氧烷；
将所述超亲水铜网置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间(3s)，进而调控硅氧烷疏水分子进入材料的深度(0.07)后，加入足量去离子水浸满亲水层，加热进行固化(60℃，5h)，得到所述超浸润Janus材料；
图2为本发明实施例4制备得到的超疏水-超亲水铜网的静态水接触角图片(a超疏水侧在上，b为亲水侧在上)，由图2可知，本发明成功构筑超疏水-超亲水铜网；
图3为本发明实施例4制备得到的超疏水-超亲水铜网的SEM图(a为超疏水侧，b为亲水侧)，由图3可知，所述超浸润Janus材料的两侧结构与化学组成具有超疏水和亲水特性；
图4为本发明实施例4制备得到的超疏水-超亲水铜网水下气泡单向导通的实际过程图(a为水下超疏水侧在下-亲水侧在上气泡输运过程图片，b为超疏水侧水下超疏水侧在下-亲水侧在上气泡输运过程图片)，由图4可知，所述超浸润Janus材料可实现水下气泡单向导通；
图5为本发明实施例4制备得到的超疏水-超亲水铜网用于水下气泡单向导通原理示意图(a为超疏水侧在下/亲水侧在上，b为亲水侧在下/超疏水侧在上)；由图5可知，所述超浸润Janus材料用于水下气泡单向导通机制时，当所述超浸润Janus材料超疏水侧在下亲水侧在上时，气泡在下层超疏水侧铺展，不能穿透铜网；当所述超浸润Janus材料超疏水侧在上亲水侧在下时，气泡先先吸附于亲水侧，在拉普拉斯压力作用下，以小气泡和上层超疏水层表面气膜融合的方式，实现气泡穿透铜网。
实施例5
提供铜网(孔径为100目)；将所述铜网在无水乙醇中超声清洗20min，清洗3次，用大量去离子水冲洗干净后，再置于1mol/L的盐酸溶液中进行超声清洗10min，用大量去离子水冲洗干净铜材料后，在室温条件下干燥，备用；
按照体积比1:1，将浓度为0.015mol/L的过硫酸铵溶液与浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液混合得到腐蚀液；
将预处理后的铜网置于所述腐蚀液中进行刻蚀(温度为30℃，时间为8min)后，用大量去离子水洗净，室温干燥，得到超亲水铜网；
将二甲基硅氧烷与交联剂(质量比为10:1)混合并搅拌均匀，真空抽滤30min以除尽得到的二甲基硅氧烷溶液中的气泡后；置于烘箱中进行预固化(60℃，28min)，得到预固化的聚二甲基硅氧烷；
将所述超亲水铜网置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间(3s)，进而调控硅氧烷疏水分子进入材料的深度(0.05mm)后，加入足量去离子水浸满亲水层，加热进行固化(60℃，5h)，得到所述超浸润Janus材料。
实施例6
提供铜泡沫(厚度为2mm，孔隙率为50～90％)；将所述铜泡沫在无水乙醇中超声清洗20min，清洗3次，用大量去离子水冲洗干净后，再置于1mol/L的盐酸溶液中进行超声清洗10min，用大量去离子水冲洗干净铜材料后，在室温条件下干燥，备用；
按照体积比1:1，将浓度为0.015mol/L的过硫酸铵溶液与浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液混合得到腐蚀液；
将预处理后的铜网置于所述腐蚀液中进行刻蚀(温度为30℃，时间为8min)后，用大量去离子水洗净，室温干燥，得到超亲水铜网；
将二甲基硅氧烷与交联剂(质量比为10:1)混合并搅拌均匀，真空抽滤30min以除尽得到的二甲基硅氧烷溶液中的气泡后；置于烘箱中进行预固化(60℃，28min)，得到预固化的聚二甲基硅氧烷；
将所述超亲水铜网置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间(30s)，进而调控硅氧烷疏水分子进入材料的深度(0.5mm)后，加入足量去离子水浸满亲水层，加热进行固化(60℃，5h)，得到所述超浸润Janus材料。
实施例7
提供铜泡沫(厚度为2mm，孔隙率为50～90％)；将所述泡沫在无水乙醇中超声清洗20min，清洗3次，用大量去离子水冲洗干净后，再置于1mol/L的盐酸溶液中进行超声清洗10min，用大量去离子水冲洗干净铜材料后，在室温条件下干燥，备用；
按照体积比1：1，将浓度为0.015mol/L的过硫酸铵溶液与浓度为5mol/L的氢氧化钠溶液混合得到腐蚀液；
将预处理后的泡沫置于所述腐蚀液中进行刻蚀(温度为30℃，时间为8min)后，用大量去离子水洗净，室温干燥，得到超亲水泡沫；
将二甲基硅氧烷与交联剂(质量比为10:1)混合并搅拌均匀，真空抽滤30min以除尽得到的二甲基硅氧烷溶液中的气泡后；置于烘箱中进行预固化(60℃，28min)，得到预固化的聚二甲基硅氧烷；
将所述超亲水泡沫置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间(60s)，进而调控硅氧烷疏水分子进入材料的深度(1.0mm)后，加入足量去离子水浸满亲水层，加热进行固化(60℃，5h)，得到所述超浸润Janus材料；
图6为本发明实施例7制备得到的超疏水-超亲水铜泡沫的光学图片；由图6可知，所述超浸润Janus材料已成功构筑；
图7为本发明实施例7制备得到的超疏水-超亲水铜泡沫的水下超疏水侧光学图片(a)、静态水接触角图片(a')、水下超亲水侧光学图片(b)和静态水接触角图片(b')；由图7可知，所述超浸润Janus材料具有水下银镜效应，超亲水侧水下超亲水。
测试例
将实施例1～5制备得到的超浸润Janus材料浸于水下，通过微量注射泵在水下以0.5mL/min的速度通入空气小气泡，测试气泡的导通性能，结果表明当铜网超疏水侧在上，亲水侧在下时，小气泡能够在拉普拉斯压力作用下穿过铜网；当铜网超疏水侧在下，亲水侧在上时则不能穿过铜网，只在超疏水一层水平铺展，实现水下气泡在超疏水-超亲水铜网上的单向导通。
实施例4所得述超浸润Janus材料水下气泡单向导通的实际过程如图4所示，由图4可知，当铜网超疏水侧再上-亲水侧在下时小气泡能够在拉普拉斯压力作用下穿过铜网；反之当铜网超疏水在下-亲水侧在上时则不能穿过铜网，只在超疏水一侧水平铺展；
将实施例7制备得到的超浸润Janus材料用于轻油(密度小于水的有机溶剂，所述轻油环己烷0.78g/mL，甲苯0.866g/mL，二甲苯0.86g/mL或石油醚0.66g/mL)与水混合溶液的分离。所述油水分离装置如图8所示，直径为16mm的玻璃管通过四氟乙烯套连接，将所述超浸润Janus材料剪切至合适尺寸，放置于四氟乙烯套中间。分离轻油与水混合时是将所述超浸润Janus材料亲水侧在上，超疏水侧在下，在重力作用下水穿透所述超浸润Janus材料，轻油被截留在所述超浸润Janus材料之上，实现轻油与水的高效分离。所述分离过程的分离效率均高于94％；
将实施例7制备得到的超浸润Janus材料用于重油(密度大于水的有机溶剂，所述重油为1,2-二氯乙烷1.235g/mL，氯仿1.484g/mL，四氯化碳1.595g/mL或氯苯1.1058g/mL)与水混合溶液的分离。所用油水分离装置如图8所示，直径为16mm的玻璃管通过四氟乙烯套连接，将所述超浸润Janus材料剪切至合适尺寸，放置于四氟乙烯套中间。分离重油与水混合时是将所述超浸润Janus材料超亲水侧在下，超疏水侧在上，在重力作用下重油穿透所述超浸润Janus材料，水被截留在所述超浸润Janus材料之上，实现重油与水的高效分离。所述分离过程的分离效率均高于94％。
上述水轻油/水的分离和重油/水的分离过程的光学照片如图9所示，由图9可知，制备的超疏水-超亲水铜泡沫在水下能够实现不同密度油水混合物的有效分离，当超疏水侧在上超亲水侧在下时能实现重油与水混合溶液的分离；当超疏水侧在下超亲水侧在上时能实现轻油与水混合溶液的分离。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种超浸润Janus材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供铜网或铜泡沫；所述铜网的孔径为20～100目，所述铜泡沫的孔隙率为50～90％，所述铜泡沫的厚度为2mm；
将所述铜网或铜泡沫在腐蚀液中进行刻蚀，得到超亲水的铜网或超亲水的铜泡沫；所述腐蚀液为过硫酸铵溶液和氢氧化钠溶液的混合液；
将预聚二甲基硅氧烷溶液真空抽滤30min后进行预固化，得到预固化的聚二甲基硅氧烷；
将所述超亲水铜网或超亲水铜泡沫置于所述预固化的聚二甲基硅氧烷表面进行疏水化修饰，同时，通过滴加去离子水控制所述超亲水铜网或超亲水铜泡沫与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间后，加入去离子水浸满亲水层，进行固化，得到所述超浸润Janus材料；
所述超浸润Janus材料为超疏水-超亲水铜网或超疏水-超亲水铜泡沫；
所述过硫酸铵溶液的浓度为0.012～0.017mol/L；所述氢氧化钠溶液的浓度为4.5～5.5mol/L；
所述过硫酸铵溶液与所述氢氧化钠溶液的体积比为(0.8～1.2)：1；
所述超亲水铜网与所述预固化的聚二甲基硅氧烷的接触时间为1～6s；
所述超亲水铜泡沫与所述预固化的聚二甲硅氧烷的接触时间为1～60s；
所述预聚二甲基硅氧烷溶液的制备方法，包括以下步骤：
将二甲基硅氧烷和交联剂混合，得到所述预聚二甲基硅氧烷溶液。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，进行所述刻蚀前，还包括对所述铜网或铜泡沫进行预处理；
所述预处理的过程为：在超声条件下，将所述铜网或铜泡沫依次采用无水乙醇和盐酸进行清洗。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀的温度为25～30℃，所述刻蚀的时间为8min。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二甲基硅氧烷与所述交联剂的质量比为10:1。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预固化的温度为60℃，所述预固化的时间为25～30min。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述固化的温度为60℃，所述固化的时间为4～6h。
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