超疏水涂層能夠賦予材料表面獨(dú)特的自清潔、抗污染等特性，在海洋防污涂層、防冰涂層、醫(yī)療防細(xì)菌粘附涂層以及管道減阻涂層等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。基于材料表面微納粗糙結(jié)構(gòu)以及材料表面能兩方面的調(diào)控，科學(xué)家在超疏水表面構(gòu)筑方面發(fā)展了諸多策略并取得了一系列成果。其中，化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、熱氣相沉積、噴涂或旋涂等技術(shù)常用于基底修飾以構(gòu)筑超疏水表面。但是，上述策略多需要有毒性的材料和專(zhuān)用的設(shè)備，極大的限制了其應(yīng)用范圍。

近日，韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)Woonbong Hwang教授僅以聚二甲基硅氧烷（PDMS）和碳酸氫銨（AB）為原料，通過(guò)一步法簡(jiǎn)便實(shí)現(xiàn)了3D復(fù)雜結(jié)構(gòu)基底表面高性能超疏水涂層的綠色、無(wú)污染制備。該策略制備的PDMS基超疏水涂層具有卓越的耐久性，基底普適性強(qiáng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)超疏水/超親水性圖案化表面的構(gòu)筑。

PDMS基超疏水涂層的構(gòu)筑過(guò)程及形貌表征。圖片來(lái)源：ACS Appl. Mater. Interfaces

PDMS在230 ℃高溫下發(fā)生汽化后能夠與金屬氧化物反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)基底表面疏水層的構(gòu)筑，但是高溫條件限制其實(shí)際應(yīng)用。為解決高溫問(wèn)題，研究人員選用AB為輔助試劑，基于80 ℃條件下AB熱分解生產(chǎn)氣體作為載體與PDMS形成氣相，協(xié)助PDMS與目標(biāo)基底進(jìn)行反應(yīng)。PDMS水解形成硅醇基團(tuán)，硅醇基團(tuán)與基底表面基團(tuán)共價(jià)鍵接形成穩(wěn)定的疏水涂層。SEM測(cè)試顯示，該策略形成的分子級(jí)厚度PDMS疏水涂層不影響器件表面的初始形貌。

PDMS涂層表面疏水性調(diào)控。圖片來(lái)源：ACS Appl. Mater. Interfaces

同時(shí)，研究表明材料表面形成的PDMS涂層其疏水性可通過(guò)AB/PDMS含量及反應(yīng)沉積時(shí)間兩方面因素進(jìn)行調(diào)控。當(dāng)AB:PDMS達(dá)到2:1、沉積時(shí)間超過(guò)90 min時(shí)，涂層表面水接觸角CA約162.6 ± 3.7°，接觸角滯后HA約6.2 ±2.4°，到達(dá)超疏水狀態(tài)。

溶劑浸漬及UV輻照后涂層形貌及性能測(cè)試。圖片來(lái)源：ACS Appl. Mater. Interfaces

PDMS層與基底存在共價(jià)鍵連接，使得涂層能夠耐受己烷、丙酮等極性/非極性溶劑。分別經(jīng)過(guò)己烷浸漬、丙酮浸漬和UV輻照5天后，涂層表面仍保持優(yōu)異的超疏水特性。此外，該研究成果基于AB熱分解輔助氣相PDMS在基底沉積形成超疏水涂層，使其對(duì)不同形狀、尺寸的器件表面改性具有優(yōu)異的普適性；進(jìn)一步基于UV/臭氧選區(qū)處理可實(shí)現(xiàn)超疏水/超親水圖案化表面的簡(jiǎn)便構(gòu)筑。

復(fù)雜結(jié)構(gòu)器件表面PDMS涂層的構(gòu)筑。圖片來(lái)源：ACS Appl. Mater. Interfaces

此外，該P(yáng)DMS超疏水涂層能夠?qū)崿F(xiàn)具有納米線結(jié)構(gòu)銅片表面、金屬鈦表面、不銹鋼表面等不同材質(zhì)基底表面的超疏水改性；網(wǎng)狀基板表面構(gòu)筑PDMS超疏水涂層后能夠應(yīng)用于油水分離。

PDMS涂層的基底普適性及其油水分離應(yīng)用。圖片來(lái)源：ACS Appl. Mater. Interfaces

總結(jié)

該研究通過(guò)以易熱分解的碳酸氫銨為輔助試劑，簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)了低溫條件下（80 ℃）PDMS在材料基底的氣相沉積。該策略所構(gòu)筑PDMS超疏水涂層具有卓越的耐溶劑性、耐老化性以及基底普適性。該研究成果將極大的拓展PDMS基超疏水涂層的實(shí)際應(yīng)用。

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One-Step Eco-Friendly Superhydrophobic Coating Method Using Polydimethylsiloxane and Ammonium Bicarbonate 

Seongmin Kim, Jeong-Won Lee, Woonbong Hwang*

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 28869–28875, DOI: 10.1021/acsami.0c06697