从实验室到应用：接触角测试如何成为优化PVDF膜抗污染性能的“导航仪”

在膜材料研发与表面科学领域，如何准确评估材料的润湿性、疏水性及环境稳定性，是决定其实际应用效果的核心问题。近期，一项发表于《RSC Advances》的研究，通过系统的接触角测试，揭示了碳纳米点（CNDs）掺杂PVDF纳米纤维在疏水性提升与抗紫外线老化方面的卓越表现，为新型抗污染分离膜材料的开发提供了重要实验依据。

图1：碳纳米点（CNDs）掺杂PVDF纳米纤维的静电纺丝合成工艺流程

 一、研究背景：PVDF膜的挑战与改性需求

聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维膜因其良好的化学稳定性、疏水性及可调控的孔隙结构，广泛应用于油水分离、废水处理等领域。然而，长期使用中面临的膜污染问题与紫外线照射下的性能退化，严重限制了其在实际工程中的应用寿命与效率。

为此，研究人员尝试引入各类纳米填料进行改性。在这篇研究中，团队选用生物质衍生的蒸汽活化碳纳米点（CNDs），通过静电纺丝技术将其均匀掺杂于PVDF纳米纤维中，并系统评价了其对材料综合性能的影响。

 二、接触角测试：直观揭示表面润湿行为的变化

接触角测试作为表征材料表面润湿性的经典手段，在该研究中发挥了关键作用。研究人员使用静滴法接触角测量系统，分别以水和橄榄油为测试液，系统评价了不同CNDs掺杂浓度下PVDF纳米纤维的表面润湿行为。

测试结果显示：

- 水接触角从纯PVDF的110°提升至掺杂后的125°，增幅达14%，表明CNDs的引入显著增强了材料的疏水性。

- 油接触角相应降低，说明材料对油的亲和性增强，有利于油水分离过程中的油相吸附与透过。

- 紫外照射后，掺杂CNDs的样品水接触角保持稳定（仅从125°降至118°），而纯PVDF下降明显（110°→101°），证明CNDs赋予材料优异的抗紫外老化能力。

 三、接触角测试如何助力材料性能评估？

通过接触角数据，研究人员不仅直观比较了不同配比样品的疏水/亲油性，还进一步分析了其与结晶行为、表面形貌、抗紫外性之间的内在关联：

1. 疏水性提升机制：CNDs促进PVDF中α相结晶，增强表面非极性，降低表面能。

2. 抗紫外机理：CNDs本身具备紫外吸收与散射能力，保护PVDF基体免受光降解，维持表面化学稳定性。

3. 抗污染潜力：高疏水性表面可减少水中有机物与微生物的附着，延长膜的使用周期。

图2：(a)UV照射前的(i)水和（ii）油的平均接触角；UV照射后(b)水；以及(c) PVDF 和 PVDF /CNDs电纺纳米纤维（含不同CNDs浓度）油的平均接触角。

 四、接触角测试在膜材料研发中的导航作用

该研究再次证明，接触角测试不仅是表面润湿性评价的“导航”，更是连接材料设计—结构表征—性能预测—应用验证的关键桥梁。无论是研发新型抗污染膜、自清洁涂层，还是功能性纺织面料，接触角数据都能为材料优化提供直观、可靠的实验依据。

 五、结语

在功能材料日益注重“表界面性能”的今天，接触角测试以其操作简便、结果直观、信息丰富的特点，已成为科研与工业研发中不可或缺的表征工具。正如本研究所展示的，通过系统的接触角分析，我们不仅能优化材料配方，还能深入理解其背后的物理化学机制，推动材料从实验室走向实际应用。

DSA-X Plus 专家型接触角测量仪

由贝拓科学自主研发设计生产的光学接触角测量仪，内置五种分析算法，涵盖全角度范围测量，其中YoungLaplace拟合方法为贝拓独家，针对120°以上角度具有更为精准的测分析方法，尤其在150°甚至160°以上角度拟合效果更佳。

关键词：接触角测试、疏水性、PVDF纳米纤维、抗紫外线、膜污染、表面润湿性、电纺膜、碳纳米点

更多详细信息，请阅览原文：

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.