Robust Superhydrophobic Carbon Nanotube Film with Lotus Leaf Mimetic Multiscale Hierarchical Structures

碳纳米管 材料科学 纳米技术 莲花效应 涂层 表面能 化学气相沉积 复合材料 纳米尺度 微尺度化学 数学 数学教育 有机化学 化学 原材料
作者
Pengwei Wang,Tianyi Zhao,Ruixin Bian,Guangyan Wang,Huan Liu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:11 (12): 12385-12391 被引量:166
标识
DOI:10.1021/acsnano.7b06371
摘要

Superhydrophobic carbon nanotube (CNT) films have demonstrated many fascinating performances in versatile applications, especially for those involving solid/liquid interfacial processes, because of their ability to affect the material/energy transfer at interfaces. Thus, developing superhydrophobic CNTs has attracted extensive research interests in the past decades, and it could be achieved either by surface coating of low-free energy materials or by constructing micro/nanohierarchical structures via various complicated processes. So far, developing a simple approach to fabricate stable superhydrophobic CNTs remains a challenge because the capillary force induced coalescence frequently happens when interacting with liquid. Herein, drawing inspirations from the lotus leaf, we proposed a simple one-step chemical vapor deposition approach with programmable controlled gas flow to directly fabricate a CNT film with rather stable superhydrophobicity, which can effectively prevent even small water droplets from permeating into the film. The robust superhydrophobicity was attributable to typical lotus-leaf-like micro/nanoscale hierarchical surface structures of the CNT film, where many microscale clusters composed of entangled nanotubes randomly protrude out of the under-layer aligned nanotubes. Consequently, dual-scale air pockets were trapped within each microscale CNT cluster and between, which could largely reduce the liquid/solid interface, leading to a Cassie state. Moreover, the superhydrophobicity of the CNT film showed excellent durability after long time exposure to air and even to corrosive liquids with a wide range of pH values. We envision that the approach developed is advantageous for versatile physicochemical interfacial processes, such as drag reduction, electrochemical catalysis, anti-icing, and biosensors.
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