在膜材料研發(fā)與表面科學(xué)領(lǐng)域，如何準(zhǔn)確評(píng)估材料的潤(rùn)濕性、疏水性及環(huán)境穩(wěn)定性，是決定其實(shí)際應(yīng)用效果的核心問(wèn)題。近期，一項(xiàng)發(fā)表于《RSC Advances》的研究，通過(guò)系統(tǒng)的接觸角測(cè)試，揭示了碳納米點(diǎn)（CNDs）摻雜PVDF納米纖維在疏水性提升與抗紫外線老化方面的卓越表現(xiàn)，為新型抗污染分離膜材料的開(kāi)發(fā)提供了重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

圖1：碳納米點(diǎn)（CNDs）摻雜PVDF納米纖維的靜電紡絲合成工藝流程

 一、研究背景：PVDF膜的挑戰(zhàn)與改性需求

聚偏氟乙烯（PVDF）納米纖維膜因其良好的化學(xué)穩(wěn)定性、疏水性及可調(diào)控的孔隙結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于油水分離、廢水處理等領(lǐng)域。然而，長(zhǎng)期使用中面臨的膜污染問(wèn)題與紫外線照射下的性能退化，嚴(yán)重限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用壽命與效率。

為此，研究人員嘗試引入各類納米填料進(jìn)行改性。在這篇研究中，團(tuán)隊(duì)選用生物質(zhì)衍生的蒸汽活化碳納米點(diǎn)（CNDs），通過(guò)靜電紡絲技術(shù)將其均勻摻雜于PVDF納米纖維中，并系統(tǒng)評(píng)價(jià)了其對(duì)材料綜合性能的影響。

 二、接觸角測(cè)試：直觀揭示表面潤(rùn)濕行為的變化

接觸角測(cè)試作為表征材料表面潤(rùn)濕性的經(jīng)典手段，在該研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。研究人員使用靜滴法接觸角測(cè)量系統(tǒng)，分別以水和橄欖油為測(cè)試液，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了不同CNDs摻雜濃度下PVDF納米纖維的表面潤(rùn)濕行為。

測(cè)試結(jié)果顯示：

- 水接觸角從純PVDF的110°提升至摻雜后的125°，增幅達(dá)14%，表明CNDs的引入顯著增強(qiáng)了材料的疏水性。

- 油接觸角相應(yīng)降低，說(shuō)明材料對(duì)油的親和性增強(qiáng)，有利于油水分離過(guò)程中的油相吸附與透過(guò)。

- 紫外照射后，摻雜CNDs的樣品水接觸角保持穩(wěn)定（僅從125°降至118°），而純PVDF下降明顯（110°→101°），證明CNDs賦予材料優(yōu)異的抗紫外老化能力。

 三、接觸角測(cè)試如何助力材料性能評(píng)估？

通過(guò)接觸角數(shù)據(jù)，研究人員不僅直觀比較了不同配比樣品的疏水/親油性，還進(jìn)一步分析了其與結(jié)晶行為、表面形貌、抗紫外性之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)：

1. 疏水性提升機(jī)制：CNDs促進(jìn)PVDF中α相結(jié)晶，增強(qiáng)表面非極性，降低表面能。

2. 抗紫外機(jī)理：CNDs本身具備紫外吸收與散射能力，保護(hù)PVDF基體免受光降解，維持表面化學(xué)穩(wěn)定性。

3. 抗污染潛力：高疏水性表面可減少水中有機(jī)物與微生物的附著，延長(zhǎng)膜的使用周期。

圖2：(a)UV照射前的(i)水和（ii）油的平均接觸角；UV照射后(b)水；以及(c) PVDF 和 PVDF /CNDs電紡納米纖維（含不同CNDs濃度）油的平均接觸角。

 四、接觸角測(cè)試在膜材料研發(fā)中的導(dǎo)航作用

該研究再次證明，接觸角測(cè)試不僅是表面潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)的“導(dǎo)航”，更是連接材料設(shè)計(jì)—結(jié)構(gòu)表征—性能預(yù)測(cè)—應(yīng)用驗(yàn)證的關(guān)鍵橋梁。無(wú)論是研發(fā)新型抗污染膜、自清潔涂層，還是功能性紡織面料，接觸角數(shù)據(jù)都能為材料優(yōu)化提供直觀、可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

 五、結(jié)語(yǔ)

在功能材料日益注重“表界面性能”的今天，接觸角測(cè)試以其操作簡(jiǎn)便、結(jié)果直觀、信息豐富的特點(diǎn)，已成為科研與工業(yè)研發(fā)中不可或缺的表征工具。正如本研究所展示的，通過(guò)系統(tǒng)的接觸角分析，我們不僅能優(yōu)化材料配方，還能深入理解其背后的物理化學(xué)機(jī)制，推動(dòng)材料從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用。

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HAMISU A, ABDULLAHI S, ALSHAHRIE A, et al. Electrospun carbon nanodot-doped PVDF nanofibers with enhanced crystallinity, hydrophobicity and UV resistance[J]. RSC Advances, 2025, 15(62): 43392-43402. DOI: 10.1039/d5ra06847a.