超疏水涂層能夠賦予材料表面獨特的自清潔、抗污染等特性，在海洋防污涂層、防冰涂層、醫療防細菌粘附涂層以及管道減阻涂層等領域得到廣泛的應用。基于材料表面微納粗糙結構以及材料表面能兩方面的調控，科學家在超疏水表面構筑方面發展了諸多策略并取得了一系列成果。其中，化學氣相沉積、物理氣相沉積、熱氣相沉積、噴涂或旋涂等技術常用于基底修飾以構筑超疏水表面。但是，上述策略多需要有毒性的材料和專用的設備，極大的限制了其應用范圍。

近日，韓國浦項科技大學Woonbong Hwang教授僅以聚二甲基硅氧烷（PDMS）和碳酸氫銨（AB）為原料，通過一步法簡便實現了3D復雜結構基底表面高性能超疏水涂層的綠色、無污染制備。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，并且能夠實現超疏水/超親水性圖案化表面的構筑。

PDMS基超疏水涂層的構筑過程及形貌表征。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

PDMS在230 ℃高溫下發生汽化后能夠與金屬氧化物反應，實現目標基底表面疏水層的構筑，但是高溫條件限制其實際應用。為解決高溫問題，研究人員選用AB為輔助試劑，基于80 ℃條件下AB熱分解生產氣體作為載體與PDMS形成氣相，協助PDMS與目標基底進行反應。PDMS水解形成硅醇基團，硅醇基團與基底表面基團共價鍵接形成穩定的疏水涂層。SEM測試顯示，該策略形成的分子級厚度PDMS疏水涂層不影響器件表面的初始形貌。

PDMS涂層表面疏水性調控。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

同時，研究表明材料表面形成的PDMS涂層其疏水性可通過AB/PDMS含量及反應沉積時間兩方面因素進行調控。當AB:PDMS達到2:1、沉積時間超過90 min時，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°，到達超疏水狀態。

溶劑浸漬及UV輻照后涂層形貌及性能測試。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

PDMS層與基底存在共價鍵連接，使得涂層能夠耐受己烷、丙酮等極性/非極性溶劑。分別經過己烷浸漬、丙酮浸漬和UV輻照5天后，涂層表面仍保持優異的超疏水特性。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，使其對不同形狀、尺寸的器件表面改性具有優異的普適性；進一步基于UV/臭氧選區處理可實現超疏水/超親水圖案化表面的簡便構筑。

復雜結構器件表面PDMS涂層的構筑。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

此外，該PDMS超疏水涂層能夠實現具有納米線結構銅片表面、金屬鈦表面、不銹鋼表面等不同材質基底表面的超疏水改性；網狀基板表面構筑PDMS超疏水涂層后能夠應用于油水分離。

PDMS涂層的基底普適性及其油水分離應用。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

總結

該研究通過以易熱分解的碳酸氫銨為輔助試劑，簡便的實現了低溫條件下（80 ℃）PDMS在材料基底的氣相沉積。該策略所構筑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基超疏水涂層的實際應用。

原文（掃描二維碼，識別后直達原文頁面）：

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