第一作者：張立身

通訊作者：于化忠

第一單位：Simon Fraser University

研究亮點：

1. 通過巧妙的控制反應合成了多級納米\微米粗糙結(jié)構(gòu)。

2. 可以在多種不同的材料上達到超疏水效果。水接觸角170度左右，滑動角低于1度，具有良好的自潔凈作用，。

3. 涂層具有非常獨特的包裹能力，可以在其他納米材料領域進行應用。

研究背景

超疏水涂層在多個領域有著很廣泛的應用，例如，戶外穿戴，建筑材料，汽車制造。迄今為止，超疏水涂層制備方法主要依賴于在已存在的在粗糙表面（例如蠟燭灰、碳納米管，納米二氧化硅/二氧化鈦顆粒等）增加疏水涂層（主要為氟硅烷）或者在疏水材料表面（PDMS，塑料，Teflon等）用刻蝕、塑形等方法增加表面粗糙程度。之前的研究表明，超疏水涂層的制備關鍵在于合適粗糙的表面微觀結(jié)構(gòu)。因此，如何合成適合的的粗糙結(jié)構(gòu)非常重要。

成果簡介

加拿大Simon Fraser University于化忠教授課題組報道了一種具有多級納米\微米粗糙結(jié)構(gòu)的超疏水涂層。

要點1：多級粗糙微納米結(jié)構(gòu)微粒制備

十八烷基三氯硅烷常被用于色譜柱的修飾。由于可以與水發(fā)生反應從而導致變質(zhì)，因此該試劑在使用過程中要盡量避免與水接觸。本文非常巧妙的通過精確控制水與十八烷基三氯硅烷的比例，從而一步合成具有較小的表面張力的多級粗糙微納米結(jié)構(gòu)微粒。所合成的大、小兩種尺度的納米/微米結(jié)構(gòu)與荷葉表面的微觀結(jié)構(gòu)極其相似，實驗實測數(shù)據(jù)與理論數(shù)學公式計算結(jié)果非常吻合。

圖1. 涂層疏水效果以及表面微觀結(jié)構(gòu)展示。

通過對反應不同階段的反應物進行SEM電鏡掃描，可以表明，當水加入十八烷基三氯硅烷后，反應先形成納米尺度的小球。小球繼而連接成納米長鏈。而納米長鏈相互之間糾纏在一起最終形成了微米尺度的、具有多級粗糙結(jié)構(gòu)的大顆粒。

圖2. 微觀結(jié)構(gòu)的形成過程。

要點2：涂層應用

并且該涂層可以應用于多種不同材質(zhì)上，且均可達到超疏水效果。

圖3. 不同材質(zhì)的超疏水效果展示。

該涂層具有良好的機械強度，可經(jīng)受住沙粒摩擦，水沖擊，砂紙研磨。并且具有獨特的包裹特性。由于反應簡單快捷，可以量產(chǎn)，并進行大規(guī)模應用。

圖4. 涂層多種性能以及多功能屬性展示。

小結(jié)

本研究解決了超疏水制備的一個難點，為制備超疏水涂層提供了一種全新的粗糙結(jié)構(gòu)，且具有實際應用價值。

參考文獻

張立身，于化忠；Functional and versatile superhydrophobic coatings via stoichiometric silanization；Nature Communications、12 February 2021、12、928；

https://www.nature.com/articles/s41467-021-21219-y

作者簡介

于化忠，加拿大Simon Fraser大學教授。1991年畢業(yè)于山東大學，1997年在北京大學獲得理學博士學位；之后在加州理工學和加拿大科學院完成博士后研究工作。研究方向為材料化學和分析化學，發(fā)表高質(zhì)量研究論文超過150篇（包括Nat. Commun.；Acc. Chem. Res.；J. Am. Chem. Soc.；Angew. Chem. Int. Ed.）；發(fā)明專利15項。現(xiàn)任Analyst（RSC）副主編，太原理工大學特聘兼職教授。

張立身，現(xiàn)任加拿大Queens大學博士后研究員。2013年畢業(yè)于山西大學化學系，2020年在Simon Fraser大學取得博士學位。主要從事超疏水涂層，微流控分析以及基于手機的分析檢測等領域。在Nature Communications，ACS Applied Materials and Interfaces等期刊發(fā)表多篇論文。