华南理工大学海洋工程材料团队《Adv. Sci.》: 分步反应，聚合赋能 - 多功能“聚合物陶瓷”涂层构筑新策略

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创新点：华南理工大学海洋工程材料团队提出了一种具有通用性的“分步反应，聚合赋能”策略，通过将以往溶胶-凝胶反应分步骤进行，并引入“环氧-氨基”交联体系，制备了集高强韧、高耐磨、高透明、自清洁以及防污等多功能一体化的“聚合物陶瓷”涂层，在海洋工业、柔性电子设备等领域具有重要的应用前景。

兼具“类陶瓷”和“类聚合物”性质(即聚合物陶瓷)的涂层在海洋工业、柔性电子设备中具有广泛而又迫切的需求。例如：高速旋转的螺旋桨、可折叠电子器件的防护涂层既需要具有高强度以抵御外界冲刷和磨损，还需要具有高韧性以缓冲冲击能量和适应于频繁的弯曲。此外，将高透明性、自清洁等功能与聚合物陶瓷涂层相结合对于满足日益增长的柔性显示行业应用需求非常重要。特别是，涂层的抗生物污损能力已引起人们广泛的关注，因为附着在设备表面的细菌等微生物不仅会增加表面粗糙度、降低透明度和腐蚀设备表面，甚至会带来传播疾病的风险。因此，开发集透明、耐磨、自清洁、防污等多功能一体化的“多面手”聚合物陶瓷涂层具有重要应用价值。

华南理工大学海洋工程材料团队长期致力于特殊与极端服役环境高分子材料研究。近年来，围绕高强韧“聚合物陶瓷”涂层开展了大量工作，先后制备了硅基柔性硬质防污涂层、两性离子基锆-硅团簇交联防污涂层等(Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2011145; J. Mater. Chem. A, 2020, 8, 380)。最近，该团队提出了一种具有通用性的“分步反应，聚合赋能”策略，通过将以往溶胶-凝胶反应分步骤进行(即先通过共水解-缩聚法等制备基本构筑单元，再发生后交联反应），并引入“环氧-氨基”交联体系，在室温下即可制备体型聚硅氧烷高度交联涂层(图1)。

图1. 分步反应法制备多功能聚合物陶瓷涂层示意图

在该体系中，硅氧烷纳米团簇和聚合物网络间的巧妙结合，使其具有高透明度(透射率>92%)、高硬度(6-7 H)、高耐磨性(超过200次钢丝绒磨损)和高柔韧性(10 mm弯曲直径，可以被多次弯曲而不开裂)等特点；同时，由于体系中含有低表面能聚二甲基硅氧烷(PDMS)和抗污性双亲性调聚物(S-FP)，该涂层还具有优异的自清洁、抗油污和广谱抗菌能力，即使经过400次加速磨损后，该涂层上述性能仍然没有降低 (图2)。特别是，通过改变硅氧烷纳米团簇前驱体或交联剂组成可以很便捷地调整上述涂层的力学性能和防污能力。

图2. 聚合物陶瓷涂层性能：(a) 透明性、耐磨性；(b) 柔韧性；(c) 抗菌性；(d) 自清洁性；(e) 应用

该工作证明“分步反应、聚合赋能”策略是一种简单而又具有通用性的制备多功能聚合物陶瓷涂层的新方法。该策略对构筑单元的结构、有机-无机组分的比例以及交联形式调控更为精确、便捷，可有效解决以往涂层存在的柔韧性与高强度无法共存、缺乏功能、可调控差等技术难题；所制备的涂层刚柔并济，集高强韧、高耐磨、高透明、自清洁以及防污等多功能一体化，在海洋工业、柔性电子设备等领域具有重要的应用前景。相关工作以“Multifunctional Hard Yet Flexible Coatings Fabricated Using a Universal Step‐by‐Step Strategy”为题发表在Advanced Science上，华南理工大学硕士生张云声为本文的第一作者，马春风教授为本文的通讯作者。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202200268

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