主要內(nèi)容

    全憎表面的的特點(diǎn)在于它們能夠排斥多種液體，通過極寬范圍的表面張力和極性，使液體成珠并滾動(dòng)或滑落。這些表面可以自清潔，耐腐蝕，傳熱增強(qiáng)，防污或抗礦物或生物污損。大多數(shù)報(bào)道的全面性表面使用織物，潤滑劑或接枝單層來構(gòu)筑表面。然而，這些方法通常缺乏長期穩(wěn)定性及基材普適性。

    為了克服這些限制，密歇根大學(xué)Anish Tuteja等人制備了由氟化聚氨酯和氟代癸基多面體低聚倍半硅氧烷組成的全固體、光滑的疏液涂層，可通過旋涂或浸涂將其涂覆到各種基材上。不同表面張力的液體（包括水，十六烷，乙醇和硅油）在其表面上呈現(xiàn)低接觸角滯后（<15°），液滴滑落后無殘留物。

    該類涂層適用于需要液體去濕的場合，包括自清潔表面，浸沒式光刻，液滴微流體，不粘涂層以及增強(qiáng)冷凝過程中的熱傳輸。該工作中的涂層依賴于高分子氟化分子與聚合物基體的部分相分離，以產(chǎn)生極性或表面張力的大多數(shù)液體（包括水，十六烷，甲苯，乙醇和硅油）具有低接觸角滯后（<15°）的表面，這些液體容易從涂層表面滑動(dòng)而不會(huì)留下任何殘留物。此外，研究結(jié)果表明，這些表面在經(jīng)受機(jī)械磨損后，比織構(gòu)化或潤滑的多孔表面具有更優(yōu)排斥性，其全固態(tài)性質(zhì)解決了紋理和液體注入表面的壓力穩(wěn)定性和長期性能問題。

    圖文分析

    圖1.（a）說明F-POSS和TMPTA（不混溶，S *≈1.3），F(xiàn)-POSS和FPU（部分混溶，S *≈0.6）F-POSS和Teflon AF（混溶，S *≈0.0）的混溶性用漢森溶解度球表示；（b）不同F(xiàn)-POSS含量TMPTA、Teflon AF和FPU與十六烷的后退接觸角。誤差±2°。請注意，不混溶的TMPTA基涂層在？5 wt％F-POSS時(shí)達(dá)到純FPOSS薄膜的后退接觸角值，部分可混溶的FPU基涂層在？30 wt％F-POSS達(dá)到純FPOSS薄膜的后退接觸角值，而混溶性 Teflon AF基涂層不會(huì)產(chǎn)生F-POSS薄膜的后退接觸角值。

    圖2.（a）不同液體表面張力和極性的液體在旋涂F-POSS和FPU + 30％FPOSS薄膜表面的前進(jìn)和后退接觸角，標(biāo)準(zhǔn)誤差為±2°；（b）各種液滴滴加在旋涂流平了FPU + 30％F-POSS涂層的載玻片表面的圖像，圖像說明其制備的表面透明且不易濕潤，如果傾斜，所有這些液體將容易從表面滑落；上述FPU + 30％F-POSS涂層的（c）光學(xué)顯微鏡，（d）SEM和（e）AFM圖像；（f）將水和十二烷加入到未涂覆及用FPU + 30％F-POSS涂覆的5mL玻璃試管中的圖片。請注意，后者液滴不會(huì)弄濕涂層管的內(nèi)表面；（g）將乙醇和己烷在低溫涂覆和未涂覆的硅襯底上冷凝。FPU + 30％F-POSS涂層上為逐滴冷凝、未涂覆的基材表面為膜狀冷凝。

    圖3.（a）不同厚度FPU + 30％F-POSS涂層的光學(xué)透明度；（b）增加涂層厚度，其機(jī)械強(qiáng)度增加，使用AFM測量觀察到均方根粗糙度（Rq）下降；（c）降低的粗糙度使與水，十六烷和乙醇的接觸角滯后降低；（d，e）在SEM和光學(xué)顯微照片中也可見多層涂層的粗糙度和均勻性的增加。

    圖4. （a）水和（b）十六烷于帶紋理超高吸水性表面、潤滑多孔表面、Teflon AF旋涂薄膜（t≈200±50 nm）表面和全憎性光滑F(xiàn)PU + 30％F-POSS涂層表面（t≈290±50nm或t≈1030±40nm）的前進(jìn)/后退接觸角；（c）以45°傾斜，50、350、1000次磨損循環(huán)樣品上滑動(dòng)約20μL液滴（寬約12.5mm的磨痕位于25×25mm樣品的中心，垂直于液滴的滑動(dòng)方向）。

    結(jié)論

    研究者展示了一種易于旋涂的高度防液表面，允許具有寬范圍表面張力和極性的液體滑落而不留殘留物；利用混合氟化溶劑使結(jié)晶最小化，優(yōu)化了包含高度氟化小分子（FPOSS）的光滑涂層，與各種液體低接觸角滯后；添加耐用的氟化聚氨酯（其中F-POSS部分可混溶）作為基質(zhì)聚合物以產(chǎn)生粘附于各種基材的機(jī)械耐久的多層涂層；也可以通過浸涂涂覆到非平面基材上；該涂層的光滑、全固態(tài)特性使其具有壓力穩(wěn)定性，比織物和潤滑的多功能表面更耐磨。該研究思路對于透明襯底的疏液應(yīng)用十分新穎且至關(guān)重要，可能對顯示器，照相機(jī)鏡頭和微流體裝置特別有用。

    參考文獻(xiàn)：

    ACS Appl. Mater. Interfaces2018, 10,11406?11413