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)新型超疏水納米復合材料系列，用于海洋表面防污(FR)。控制納米填料在有機硅基質中的結構和分布會影響其自清潔和防污性能。γ-AlOOH納米棒具有單結晶度，平均直徑為10-20nm，長度<200nm。采用水熱法制備RGO，采用化學沉積法合成GO-γ-AlOOH納米復合材料，用作防污涂層材料。為了研究石墨烯基材料對表面、機械和FR特性的協同作用，這些納米填料使用溶液澆鑄方法分散在有機硅基質中。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、超疏水性和表面機械性能都因納米復合材料分散的均勻性而得到改善。使用選定的微生物進行了30天的實驗室評估，以確定涂層系統的防污效果。PDMS/GO-γ-AlOOH納米棒復合材料對不同細菌菌株的抗菌活性優于PDMS/RGO納米復合材料。這是由于其高比表面積和穩定化處理。
方案1. (A) GO通過改進的Hummers方法以及RGO片通過水熱法的制備技術示意圖；(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納米復合材料的EDX。
圖2. (A)GO片、(B) RGO片、(C和D)不同放大倍數下的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)未填充有機硅的基質、有機硅/RGO和有機硅/GO-γ-AlOOH納米棒復合材料（3%納米填料）的FESEM圖像；(d-f)分別對未填充有機硅的基質、有機硅/RGO和有機硅/GO-γ-AlOOH納米棒復合材料 (3%) 進行3D AFM分析。
圖4. 未填充有機硅的基質、PDMS/RGO和PDMS/GO-γ-AlOOH的WCA測定（三個重復的標準偏差由誤差線表示）。
圖5. 暴露于鹽霧測試250小時后，涂覆有(A)PDMS/RGO(3 wt%)和(B)PDMS/GO-γ-AlOOH(3 wt%)納米復合材料樣品的表面狀況。
圖6. (A) PDMS/GO-γ-AlOOH復合材料的WCA作為在不同pH值的溶液中浸泡10天的時間函數；(B) PDMS/GO-γ-AlOOH復合材料的熱穩定性隨時間變化（最多700小時）。
圖7. 有機硅/GO-γ-AlOOH復合材料與各種規定和商業的FR涂層的對比說明。
圖8. 在肉湯培養基中孵育30天，然后測試(a)PDMS/RGO和(b)PDMS/GO-γ-AlOOH納米復合涂層樣品在暴露于微生物環境中對抗多種細菌、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納米復合涂層和PDMS/GO-γ-AlOOH納米復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%) 納米復合材料和(B)PDMS/GO-γ-AlOOH (3%)納米復合材料，耐受的微生物細胞血細胞計數圖像。
圖11. (a)暴露于PDMS/RGO納米復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) 的納米復合涂層結構在天然海水中浸泡45天前后的現場試驗圖像。
相關研究成果由廣東工業大學化工與輕工學院，廣東省植物資源生物煉制重點實驗室Mohamed S. Selim等人于2021年發表在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。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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