百煉成鋼，這說(shuō)的是鋼鐵，高分子要是經(jīng)過(guò)烈火灼燒之后，按常識(shí)應(yīng)該變成了渣渣。可是，來(lái)自愛(ài)荷華州立大學(xué)的Ludovico Cademartiri 卻發(fā)現(xiàn)，某種高分子涂層經(jīng)過(guò)灼燒之后卻出人意料的獲得了超疏水性能：

    燒出了“渣”，但性能不渣

    研究者使用涂層的可不是什么高深莫測(cè)的物質(zhì)，事實(shí)上，它是普通到你甚至在家都能找到的聚合物材料——硅酮玻璃膠。這種以聚二甲基硅氧烷（PDMS）為主要成分的以粘結(jié)性能著稱的材料，看起來(lái)似乎和超疏水風(fēng)馬牛不相及，所以問(wèn)題來(lái)了：火焰灼燒到底使材料發(fā)生了什么變化？

    研究者對(duì)此進(jìn)行了探究，最后發(fā)現(xiàn)：表面經(jīng)過(guò)灼燒后產(chǎn)生納米級(jí)別的顆粒，研究者將其稱為“硅酮灰”，重新聚集產(chǎn)生凹凸不平的粗糙表面與材質(zhì)共同打造了材料表面超疏水的性能。

    （圖A: 表面經(jīng)過(guò)灼燒后，聚合物首先變?yōu)楣丫畚铮S后通過(guò)復(fù)雜的交聯(lián)與氧化作用變?yōu)榧{米級(jí)別的“硅酮灰”，重新聚集在表面。圖B&C：具有“硅酮灰”顆粒的表面形貌，B為C圖的局部放大圖。）

    優(yōu)越的疏水性能也賦予了材料抗結(jié)冰特性：

    （兩種表面都置于寒冷條件下，普通表面遇到水后迅速結(jié)冰，而對(duì)于涂有該疏水涂層的表面水珠還沒(méi)有與表面來(lái)得及接觸便被排斥，故沒(méi)有結(jié)冰。為方便觀察，圖中的水中溶解有顏料。）

    久經(jīng)考驗(yàn)，卻本色不改

    納米級(jí)超疏水結(jié)構(gòu)常見問(wèn)題就是不耐用。Ludovico Cademartiri 對(duì)此的解決方式是——磨損后再用火焰灼燒一次。于是，又可以重新產(chǎn)生原來(lái)的微觀結(jié)構(gòu)，重建材料性能。這個(gè)過(guò)程就是所謂的再生。如果你把它當(dāng)成一個(gè)不斷重復(fù)著使用與灼燒過(guò)程的弱不禁風(fēng)的材料的話，那就大錯(cuò)特錯(cuò)了。Ludovico Cademartiri 驚訝地發(fā)現(xiàn)，僅僅經(jīng)過(guò)了一次磨損與火焰再生后，材料竟然變得特別耐用。

    （研究者在踏踩磨損實(shí)驗(yàn)后，對(duì)材料表面進(jìn)行定性比較。使用的材料為經(jīng)過(guò)了一次磨損與再生的PDMS。從左至右分別是不經(jīng)過(guò)踏踩、100次踏踩后、1000次踏踩后的材料。進(jìn)過(guò)踏踩后的材料幾乎沒(méi)有性能下降。而目前已經(jīng)市售的超疏水涂料著名品牌Neverwet經(jīng)過(guò)100次踏踩后即失效。）

    這又該如何解釋呢？原來(lái)，柔軟的PDMS在經(jīng)過(guò)火焰灼燒后，揮發(fā)性氣體會(huì)使得內(nèi)部產(chǎn)生很多氣泡與孔洞，第一次磨損后，原有的氣泡與孔洞就裸露出來(lái)，形成了宏觀上粗糙不平的表面，灼燒后產(chǎn)生的新顆粒便會(huì)分布在坑坑洼洼的表面上，而相當(dāng)一部分顆粒會(huì)分布在坑中，這就降低了其進(jìn)一步被磨損掉的概率，從而使材料更加耐磨。

    （圖A：PDMS材質(zhì)超疏水涂層的截面圖，從中可以看到很多氣泡與孔洞；圖B：磨損后氣泡與孔洞裸露出來(lái)；圖C：經(jīng)再生后，“硅酮灰”填充在原來(lái)的孔洞內(nèi)部）

    而再耐磨的材料還是有著磨壞的那一天，解決方式你肯定也想到了——再燒一次。

    從實(shí)驗(yàn)到實(shí)戰(zhàn)

    Ludovico Cademartiri 當(dāng)然希望他的材料不再是實(shí)驗(yàn)室中嬌嫩的花朵。由于原材料易得、熱處理簡(jiǎn)單、幾乎沒(méi)有毒副作用，這種材料展示出了極強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用前景。研究者證明了對(duì)于多種材質(zhì)的表面，無(wú)論其粗糙程度、形狀、材質(zhì)，均可以應(yīng)用。    不過(guò)，這種材料并不能做到無(wú)限完美——比如疏油性不夠好，對(duì)于加熱處理的時(shí)間需要較嚴(yán)格地限制。研究者也在積極改進(jìn)這些性能。但是，原位噴涂，原位加熱，可多次再生——這種新方法讓我們看到了大規(guī)模使用超疏水涂層的前景。未來(lái)也許坎坷，但絕不迷茫。

責(zé)任編輯：王元

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