化气泡为神奇：从声控聚合物泡沫到三维超疏水孔隙材料的魔力制造

鉴于超高强度密度比、超强回弹性，大孔体积和能量吸收能力等优异的机械性能，三维（3D）孔隙材料目前已广泛用于催化，气体分离，传感，组织工程等领域，在电池，离子交换，微电子，医学诊断和采油等许多技术应用中发挥着重要作用。

最近，西安交通大学机械工程学院蒋庄德院士和韦学勇教授提出了一种基于聚焦声表面波的声控聚合物气泡制备方法，并将制备的聚乙烯醇（PVA）泡沫作为模板，通过冷冻-融化循环，化气泡为神奇，最终制成了具有亲油性和超疏水性的聚乙烯醇（PVA）孔隙凝胶材料。

图（a）为声表面波微流控微气泡生成装置图，可通过声表面波控制生成气泡的大小，图（b）为三维孔隙材料示意图 

 基于声表面波的微气泡制备方法

在该研究中，基于聚焦声表面波的声控气泡制备方法，不仅适用于油包气微气泡的产生，而且还适合于水包气微气泡的产生。微气泡的大小可以通过调整聚焦声表面波的输入频率或驱动电压进行实时调控。该方法可实现在微秒级时间内对微气泡大小的调控，其调控范围可从10μm到数百微米。  

聚乙烯醇（PVA）孔隙凝胶材料的制造

图（a）为通过冻融循环制造的聚乙烯醇（PVA）孔隙凝胶材料，图（b）为超疏水修饰后的聚乙烯醇（PVA）孔隙凝胶材料

在PVA孔隙凝胶材料在将制备过程中，首先将由微气泡组成的PVA泡沫作为模板，通过反复冻融循环将PVA泡沫凝胶化。使用不同尺寸的微气泡模板，可以获得具有不同孔隙率的孔隙凝胶材料。该研究还克服了PVA凝胶材料自身的亲水特性，通过疏水改性处理， 赋予了PVA孔隙凝胶材料优异的亲油性和超疏水性，使其成功用于油/水分离实验。实验表明，该超疏水性PVA可吸取包括硅油，FC-40和Novec 7500等多种油，吸油能力具有很强的可靠性，能够多次反复使用。这种方法为新型孔隙材料的合成提供了新的思路，在包括生物组织工程和材料制造等诸多领域具有很大的应用潜力。

（a）PVA孔隙凝胶材料对不同油的吸油能力 （b）吸油周期对吸油能力的影响

以上研究成果以论文形式发表在国际知名期刊ACS Applied Materials & Interfaces（IF=8.456），论文题目为“Acoustic-controlled Bubbles Generation and Fabrication of 3D Polymer Porous Materials”。西安交大机械学院韦学勇教授为论文通讯作者，剑桥大学余子夷博士为合作作者。西安交大机械学院博士生金少搏为该论文第一作者，西安交大为第一作者单位和通讯作者单位。该工作得到了国家自然科学基金和英国皇家学会-牛顿基金的资助，并得到了教育部微纳制造与测试技术国际联合实验室以及机械制造系统工程国家重点实验室的支持。

文章链接：https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c02118