文章合成了兩種富含還原氧化石墨烯(RGO)和氧化石墨烯/勃姆石納米棒(GO-γ-AlOOH)納米填料的聚二甲基硅氧烷(PDMS)新型超疏水納米復(fù)合材料系列，用于海洋表面防污(FR)。控制納米填料在有機(jī)硅基質(zhì)中的結(jié)構(gòu)和分布會影響其自清潔和防污性能。γ-AlOOH納米棒具有單結(jié)晶度，平均直徑為10-20nm，長度<200nm。采用水熱法制備RGO，采用化學(xué)沉積法合成GO-γ-AlOOH納米復(fù)合材料，用作防污涂層材料。為了研究石墨烯基材料對表面、機(jī)械和FR特性的協(xié)同作用，這些納米填料使用溶液澆鑄方法分散在有機(jī)硅基質(zhì)中。使用水接觸角 (WCA)、掃描電子和原子力顯微鏡(SEM和AFM)研究表面的疏水性和防污性能。涂層的粗糙度、超疏水性和表面機(jī)械性能都因納米復(fù)合材料分散的均勻性而得到改善。使用選定的微生物進(jìn)行了30天的實(shí)驗(yàn)室評估，以確定涂層系統(tǒng)的防污效果。PDMS/GO-γ-AlOOH納米棒復(fù)合材料對不同細(xì)菌菌株的抗菌活性優(yōu)于PDMS/RGO納米復(fù)合材料。這是由于其高比表面積和穩(wěn)定化處理。
方案1. (A) GO通過改進(jìn)的Hummers方法以及RGO片通過水熱法的制備技術(shù)示意圖；(B)通過溶劑熱法制備γ-AlOOH納米棒；(C) 通過超聲法制備雜化GO-γ-AlOOH物。
方案2. 通過還原法和一步超聲法與γ-AlOOH從GO制備RGO和GO-γ-AlOOH，分別用于船體的超疏水和FR涂層。
圖1. HRTEM圖像（A）GO和內(nèi)部更高放大倍率的TEM圖像，（B）RGO，（C）γ-AlOOH，（D）代表暗場 TEM 圖像和制備的γ-AlOOH 納米棒的Al和O元素的EDX映射; (E)GO-γ-AlOOH和(F)GO-γ-AlOOH納米復(fù)合材料的EDX。
圖2. (A)GO片、(B) RGO片、(C和D)不同放大倍數(shù)下的γ-AlOOH和(E)GO-γ-AlOOH 雜化物的SEM圖像。(F)所制備的(a)GO、(b)RGO、(c) γ-AlOOH納米棒和(d)GO-γ-AlOOH混合材料的XRD圖解。
圖3. (a-c)分別代表(a)未填充有機(jī)硅的基質(zhì)、有機(jī)硅/RGO和有機(jī)硅/GO-γ-AlOOH納米棒復(fù)合材料（3%納米填料）的FESEM圖像；(d-f)分別對未填充有機(jī)硅的基質(zhì)、有機(jī)硅/RGO和有機(jī)硅/GO-γ-AlOOH納米棒復(fù)合材料 (3%) 進(jìn)行3D AFM分析。
圖4. 未填充有機(jī)硅的基質(zhì)、PDMS/RGO和PDMS/GO-γ-AlOOH的WCA測定（三個重復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差由誤差線表示）。
圖5. 暴露于鹽霧測試250小時(shí)后，涂覆有(A)PDMS/RGO(3 wt%)和(B)PDMS/GO-γ-AlOOH(3 wt%)納米復(fù)合材料樣品的表面狀況。
圖6. (A) PDMS/GO-γ-AlOOH復(fù)合材料的WCA作為在不同pH值的溶液中浸泡10天的時(shí)間函數(shù)；(B) PDMS/GO-γ-AlOOH復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性隨時(shí)間變化（最多700小時(shí)）。
圖7. 有機(jī)硅/GO-γ-AlOOH復(fù)合材料與各種規(guī)定和商業(yè)的FR涂層的對比說明。
圖8. 在肉湯培養(yǎng)基中孵育30天，然后測試(a)PDMS/RGO和(b)PDMS/GO-γ-AlOOH納米復(fù)合涂層樣品在暴露于微生物環(huán)境中對抗多種細(xì)菌、酵母菌和真菌菌株后的生物降解性百分比。
圖9. 引入涂層樣品后微生物生長的分光光度法評估：（A和B）分別暴露于PDMS/RGO納米復(fù)合涂層和PDMS/GO-γ-AlOOH納米復(fù)合材料涂層下不同菌株1周的OD600；(C和D)暴露于PDMS/RGO和PDMS/RGO納米復(fù)合材料涂層下不同菌株2周的OD600；（E和F）分別暴露于PDMS/RGO和PDMS/GO-γ-AlOOH納米復(fù)合材料涂層下不同菌株3周的OD600。
圖10.在暴露于最有效的生物降解性最低的涂層樣品三周后，對于(A)PDMS/RGO(3%) 納米復(fù)合材料和(B)PDMS/GO-γ-AlOOH (3%)納米復(fù)合材料，耐受的微生物細(xì)胞血細(xì)胞計(jì)數(shù)圖像。
圖11. (a)暴露于PDMS/RGO納米復(fù)合材料涂層樣品后微生物菌株分別對革蘭氏陽性、革蘭氏陰性和真菌菌株的耐受性百分比；(b)暴露于PDMS/GO-γ-AlOOH納米復(fù)合材料涂層樣品后微生物菌株分別對革蘭氏陽性、革蘭氏陰性和真菌菌株的耐受性百分比。
圖12. 未使用的PDMS（A和B）、PDMS/RGO(3 wt%)(C和D)及PDMS/GO-γ-AlOOH(3 wt%) (E和F) 的納米復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)在天然海水中浸泡45天前后的現(xiàn)場試驗(yàn)圖像。
相關(guān)研究成果由廣東工業(yè)大學(xué)化工與輕工學(xué)院，廣東省植物資源生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Mohamed S. Selim等人于2021年發(fā)表在Journal of Colloid and Interface Science (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.08.026)上。原文：A comparative study between two novel silicone/graphene-based nanostructured surfaces for maritime antifouling。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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