中科院理化所王树涛研究员、孟靖昕副研究员与温医大王佰亮教授合作：仿生矿化高透、高强的水下超疏油膜

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近日，中科院理化所王树涛研究员、孟靖昕副研究员团队与温州医科大学王佰亮教授合作，结合超铺展技术和生物矿化作用，制备出了透明且机械性能高的水下超疏油膜。该膜可涂覆在玻璃、PS、PET、PP等多种透明基底上，在护目镜、水下相机、潜航器等领域显示出了广阔的应用前景。相关工作发表于Advanced Materials上 (DOI：10.1002/adma.201907413)。本文第一作者为陈伟硕士、张鹏超博士，论文的通讯作者为王树涛研究员、王佰亮教授、孟靖昕副研究员。

天然珍珠层具有优异的力学性能，这主要取决于其独特的层状分级结构以及化学组成（约含5%有机基质和95%无机文石）。有趣的是，从天然珍珠层剥离的矿化薄膜在水下具有较高的透明度和稳定的超疏油性。受此启发，结合超铺展技术和生物矿化反应，研究人员制备出了高透明、机械性能优异的水下超疏油膜。

具体而言，研究人员首先利用超铺展技术制备一定厚度的壳聚糖衍生物（CSMA）薄膜，然后在CSMA膜上沉积无定形碳酸钙（ACC）并同时进行生物矿化反应，该矿化过程在几个小时内即可完成（图1）。所得矿化膜（NIM）以文石片状薄片作为无机组分、CSMA作为有机骨架。

图1. NIM膜的设计与制备

传统的水下超疏油材料由于表面存在大量微纳结构而透明度较差，NIM膜则显示出了高光学透明性，在空气中可见光透过率约75%，而在水中可达到92%（图2a）。该矿化膜可以涂覆在玻璃片、PS、PET和PP等多种透明基材上，同时保持其高度透明性（图2b）。与已经报道水下超疏油材料相比，包括双网络水凝胶和有机无机复合材料，NIM膜具有最高的硬度和杨氏模量（图2c）。在严酷的外力冲击，如砂纸打磨等，遭到破坏的结构以及超疏油性能通过简单的再次生物矿化即可恢复（图2d）。将游泳镜浸入被油污染的水箱中，实验结果显示涂有NIM膜的部分是透明干净的，而无涂层的部分则被染色（图2e）。

图2. NIM膜的透明性及应用

研究人员结合超铺展技术和生物矿化工艺制备了高透明度和高强的水下超疏油材料，该材料在化学成分和物理结构上与珍珠层薄膜均高度相似，有望在水下光学和生物成像等领域得到应用。

该工作是在仿生抗粘附界面材料研究基础上取得的又一新进展。其中，王树涛研究员、孟靖昕副研究团队前期发展的仿生抗垢涂层，实现了在动态流动和高温环境下对矿物晶体的优异抗粘附性能，为水管理系统中高效防垢涂层的设计提供了一种新型的仿生策略（NPG Asia Mater. 2018, 10, e471; Adv. Funct. Mater. 10.1002/adfm.201904796）。

相关工作得到了国家自然科学基金委，国家高层次人才特殊支持计划和中国科学院青年创新促进会的资助。

相关链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201907413

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