杭州电子科技大学卢晨曦、李领伟课题组 ACS AMI：机械变形耐受的无氟超疏水柔性膜基系统

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超疏水表面在自然界中广泛存在，如荷叶、水稻叶子、水黾的脚以及蛾子的眼睛等。此类超疏水表面通常由微纳层级结构所构成，其表面的水接触角大于150°且滚动角小于10°。近年，由于在防水、自清洁、防污、抗结冰、防腐蚀以及防止细菌生长等诸多领域的巨大应用前景，超疏水表面受到人们的广泛关注和热点研究。研究者通过模仿自然界中超疏水材料表面的微纳层级结构特征，设计了诸多性能优异的人工超疏水表面。然而，上述精密的微纳层级结构在经历机械变形后极易破损，因此，如何提高超疏水表面对机械变形的耐受性是目前该领域的难点之一。另一方面，通过降低材料表面的自由能也可实现超疏水性。在此前的研究中，氟化处理经常被用于降低材料表面的自由能。然而，氟化处理对生态、环境以及人类健康存在一定危害。因此，研发无需氟化处理的超疏水表面成为该领域的迫切需求。尤其是随着柔性电子技术和可穿戴设备的发展，构建具有高度机械变形耐受性的环保型超疏水表面具有重要现实意义。

近期，杭州电子科技大学卢晨曦、李领伟课题组基于前期对柔性膜基系统表面微结构调控的研究（Mater. Design 2020, 193: 108857; Adv. Mater. Interfaces 2020, 1902188; Phys. Rev. E 2020, 102: 022801），设计了一种具有机械变形耐受性和高效自清洁性能的无氟超疏水柔性膜基系统。该系统以具有强界面黏附力、机械柔韧性、环境友好且生物兼容性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）为柔性衬底，在其表面通过磁控溅射方法沉积环境友好且生物兼容的疏水性锌（Zn）纳米薄膜。利用Zn和PDMS的热膨胀系数差异，可在Zn/PDMS柔性膜基系统表面构造人字形的褶皱结构（图1a），其具有丰富且稳定的微纳层级结构，可极大地增加材料表面的粗糙度以提供大量“空气口袋”（图1b），从而获得优异的超疏水性（水接触角约为170°，滚动角约为0°）。由于Zn/PDMS柔性膜基系统表面极低的滚动角以及超弱的粘附性（图1c），其表面获得高效的自清洁性能（图2）。此外，该Zn/PDMS柔性膜基系统在经历高度机械变形（拉伸、弯曲、扭转）后仍可保持优异的超疏水性，如图1d-f所示。

图1 Zn/PDMS超疏水柔性膜基系统的三维AFM表面形貌图(a)、润湿机制示意图(b)、超弱黏附性(c)、拉伸耐受性(d)、弯曲耐受性(e)以及扭转耐受性(f)。

图2 Zn/PDMS超疏水柔性膜基系统的低倾角（~7.5°）自清洁表现：(a)食盐；(b)糖粒；(c)沙粒；(d)粉笔灰。

该工作以“Non-Fluorinated Flexible Superhydrophobic Surface with Excellent Mechanical Durability and Self-Cleaning Performance”为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces 2022, 14: 4750-4758。该工作的第一作者为杭州电子科技大学卢晨曦博士，通讯作者为杭州电子科技大学李领伟教授。课题组硕士生高源、王昕博士与余森江副教授以及中国计量大学周红实验师为论文共同作者。该研究得到国家自然科学基金，浙江省万人计划和浙江省属高校基本科研等项目的支持。

原文链接：

C. Lu, Y. Gao, S. Yu, H. Zhou, X. Wang, L. Li, Non-Fluorinated Flexible Superhydrophobic Surface with Excellent Mechanical Durability and Self-Cleaning Performance, ACS Appl. Mater. Interfaces 14 (2022) 4750-4758.

https://doi.org/10.1021/acsami.1c21840

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