【背景簡介】

    超疏水表面，與水的接觸角大于150°且滑動角小于10°，由于它具有自清潔、減阻、耐腐蝕以及防冰等潛在的工業應用價值，因此吸引了越來越多的關注。在過去的幾十年中，人們采用各種方法將低表面能與不同基材上的微-納米分層結構相結合用來制備超疏水表面。然而，由于太陽光作用、化學腐蝕及機械損傷，人工超疏水表面中最上層的低表面能材料的分解和/或微-納米分層結構的分解使其很易于失去超疏水性。因而，較差的耐用性成為了限制人造超疏水表面實際應用的重要因素。

    來自吉林大學化學學院納微構筑化學國際合作聯合實驗室、超分子結構與材料國家重點實驗室的孫俊奇教授研究小組首創了通過在分層結構的多孔聚電解質膜中預埋疏水表面活性劑制備出具有較好的耐用性和較長的使用壽命的自修復超疏水薄膜。一旦薄膜表面上的疏水表面活性劑開始分解，預埋的疏水表面活性劑將在自由能驅動下遷移至受損表面區，從而使薄膜的超疏水性實現自動恢復。然而，上述方法所制造的自愈合/可修復超疏水表面只能修復由于表層擦傷引起的低表面能材料分解所帶來的損壞。如何實現反復修復由于嚴重的機械損傷帶來的超疏水性損失，制備出新型的自愈合/可修復超疏水性薄膜，仍然是一個重大的挑戰。

    近日，該研究小組通過在熱修復的PCL（聚已酸內酯）/PVA（聚乙烯醇）復合膜上沉積一層AgNPs-AgNWs （銀納米顆粒和銀納米線），隨后在沉積一層PFDT（1H,1H,2H,2H-全氟癸基硫醇）制備出導電的超疏水薄膜，該薄膜在外加電壓或NIR（近紅外）光照下可以實現自修復。

    【圖文導讀】

    圖一：

    a）可修復超疏水PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜的制備過程示意圖。

    b-d）表示AGNPs-AgNWs/（PCL/ PVA）* 7薄膜制備過程中掃描電鏡的俯視圖：b）AgNWs/PC（L/ PVA）* 7薄膜；c）Cu修飾的AgNWs/（PCL/ PVA）* 7薄膜；d）AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7膜。b-d中的插圖分別給出了PFDT沉積后各類薄膜相應的水接觸角，通過制備過程中不同薄膜水接觸角的變化可以看出其中d圖中的薄膜屬于超疏水薄膜。

    圖二：

    a）不同外加電壓下， 尺寸大小為10 mm×30 mm的PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜溫度隨時間的變化曲線。

    b）外加電壓為6 V時，尺寸大小為60 mm×60 mm的超疏水PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7 薄膜除雪測試實驗。

    c）外加電壓為4 V時，PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7 薄膜的水接觸角和溫度隨時間的變化曲線。

    圖三：

    a–d）尺寸大小為10 mm×30 mm的PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7 薄膜帶有約136μm寬切口時的掃描電鏡圖及其在外加電壓4V時修復后的掃描電鏡圖：

    a）被切后的PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜，插圖為水滴在倒置膜中受損區域處的形狀。

    b）a中所示切口邊緣的放大掃描電鏡圖，箭頭所指處為裸露的（PCL/ PVA）* 7膜。

    c）a中帶有切口的薄膜修復后掃描電鏡圖，插圖為水滴在膜愈合區域處的形狀。

    d）該膜的愈合區域的放大掃描電鏡圖。

    e）不同外加電壓下，尺寸大小為10mm×30mm的PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7 薄膜可以有效修復的最大切口寬度。插圖為不同外加電壓下，PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7 薄膜修復前后的掃描電鏡圖。插圖中的比例尺均為50μm。

    圖四、 PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜的自修復過程示意圖

    圖五：

    a、b）外加電壓為4V時，具有寬約650μm切口的尺寸大小為10 mm × 30 mm PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜修復前（a）后（b）的掃描電鏡圖。

    c）b中薄膜修復區域邊緣的放大掃面電鏡圖。

    d、e）外加電壓為4V時，具有寬約380μm切口的尺寸大小為10 mm×30 mm PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜修復前（a）后（b）的掃描電鏡圖。

    f）e中薄膜修復區域邊緣的放大掃面電鏡圖。

    a、d、e中的插圖給出了水滴在膜相應破壞區域和修復后區域的的形狀。

    圖六：a、b）具有寬約72μm切口的PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜，在812nm NIR（近紅外光）照射下修復前（a）后（b）的掃描電鏡圖。

    c）外加電壓為4V時，尺寸大小為10 mm×30mm PFDT/AgNPs-AgNWs/（PCL/PVA）*7薄膜及其近紅外修復后溫度隨時間的變化曲線。

    【小結】

    導電超疏水薄膜中的AGNPs-AgNWs層不僅可以提供微-納米分層結構，使其具有超疏水性，而且還可以用作電熱或光熱加熱器，從而在外加電壓或低功率近紅外作用下使底層的PCL/ PVA膜的自修復。因為PCL/ PVA膜和AGNPs-AgNWs層之間具有將強的粘附力，所以PCL/ PVA膜的修復性能會成功轉移至整個導電超疏水層，這就使得該導電超疏水薄膜可以快速地反復修復由幾百微米寬切口引起的超疏水性能的損失。電熱性及超疏水特性相結合賦予了可修復導電超疏水薄膜更久的耐用性和更加有用的自清潔、防冰、除雪的能力，具有很好的工業應用價值。