近日，東南大學(xué)材料學(xué)院張友法團(tuán)隊(duì)與賓夕法尼亞大學(xué)Shu Yang教授合作，引入無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，采用涂層偏聚分相理論，制備出具有瞬時(shí)自修復(fù)特性、長(zhǎng)效耐磨的超雙疏涂層。相關(guān)論文以題為Mechanically robust superamphiphobic ceramic coatings with releasable nanoparticle-capsules發(fā)表在Chemical Engineering Journal。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137336

超雙疏涂層具有優(yōu)異的自清潔和耐油污特性，在油煙機(jī)等家用產(chǎn)品上具有廣闊的應(yīng)用前景。但是在使用過(guò)程中，眾多部件在組裝、搬運(yùn)以及后續(xù)清潔過(guò)程中，外部材料表面會(huì)處于刮擦、磕碰甚至磨損的工況條件下，因此防護(hù)涂層除了需要對(duì)有機(jī)物展現(xiàn)出良好的排斥作用，同時(shí)還必須具備優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性和環(huán)境耐久性，這就對(duì)涂層表面提出了更高的設(shè)計(jì)工藝和使用要求。

課題組團(tuán)隊(duì)通過(guò)底面合一及噴涂的工藝，以全氟氯硅烷為改性劑制備出高接枝率的功能納米顆粒，引入磷酸二氫鋁為無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，通過(guò)化學(xué)鍵合增強(qiáng)顆粒間的結(jié)合力，同時(shí)，功能顆粒在涂覆過(guò)程中的相分離和再團(tuán)聚能顯著提高涂層體系的機(jī)械耐久性，粘結(jié)劑也能提高涂層的內(nèi)聚力，以及與基底的附著力，示意圖如圖1。該方法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，利于規(guī)模化批量制備，有較大的工業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

圖1耐磨自修復(fù)超雙疏涂層結(jié)構(gòu)示意圖

耐磨超雙疏涂層對(duì)不同低表面張力液體展現(xiàn)出優(yōu)異的超疏液性能，與常規(guī)復(fù)合超雙疏涂層與雙層超雙疏涂層相比，在機(jī)械耐穩(wěn)定性上有大幅度提升，經(jīng)過(guò)500次250 g負(fù)載Taber磨損后，表面仍具有明顯的超疏油特性。

圖2超雙疏涂層機(jī)械穩(wěn)定性

改性納米顆粒在溶液體系中會(huì)再團(tuán)聚，并與無(wú)機(jī)粘結(jié)劑發(fā)生化學(xué)鍵合，在成膜過(guò)程中出現(xiàn)明顯的偏聚現(xiàn)象，生成不同粒度大小的顆粒團(tuán)聚體膠囊，填充在整個(gè)涂層體系中。磨耗儀磨損后，涂層結(jié)構(gòu)中的顆粒膠囊被破壞，內(nèi)部大量的改性納米顆粒得以釋放，并通過(guò)擴(kuò)散作用向低濃度區(qū)域（即顆粒消耗的磨損區(qū)域）迅速發(fā)生遷移，直至完全鋪展在磨損的表面上，使表面恢復(fù)功能特性，具有瞬時(shí)自修復(fù)性能。

圖3 涂層磨損后自修復(fù)機(jī)理

本文第一作者是博士生焦玄，通訊作者是張友法教授。本論文工作受?chē)?guó)家自然基金項(xiàng)目（項(xiàng)目號(hào)52071076），東南大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文培育基金（項(xiàng)目號(hào)YBYP2141）項(xiàng)目支持。