從模仿荷葉開始，人們對于超疏水表面已經(jīng)開展了眾多的深入研究，取得了豐富的成果。基于表面微納結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)（低表面能）的調(diào)控，可以簡便地構(gòu)筑不同的超疏水表面。不過，實際應(yīng)用中超疏水表面的結(jié)構(gòu)容易遭到破壞，因此具有自愈性的超穩(wěn)定超疏水涂層在諸多領(lǐng)域有著廣泛需求。目前，超疏水涂層的自愈，實現(xiàn)方式主要包括基材組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)修復(fù)和基體儲存“液態(tài)”材料的表面滲透遷移修復(fù)。但是，上述策略往往存在修復(fù)材質(zhì)降解、組分揮發(fā)流失/利用率低及缺乏長期使用穩(wěn)定性等缺點。

近日，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（AIST）的Atsushi Hozumi博士研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種新的方法來構(gòu)筑自愈性超穩(wěn)定超疏水涂層。他們在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基材內(nèi)注入兩種液體：丙基三氯硅烷（TCPS）和低粘度硅油（SO），TCPS會在濕氣氛圍下水解、縮聚，自組裝成“草”狀微纖維并賦予表面超疏水性和優(yōu)異的機械性能，而SO的表面滲透性賦予材料優(yōu)異的自愈合性，這樣PDMS-SO/TCPS材料超疏水表面就同時具備了自愈合性和長期穩(wěn)定性。

自愈性超疏水表面構(gòu)筑示意圖及表面硅樹脂“草”形貌表征。圖片來源：Langmuir

PDMS-SO/TCPS材料中的丙基三氯硅烷（TCPS）從基材中逐漸滲出，在濕氣氛圍下很容易發(fā)生水解和縮聚反應(yīng)，從而在PDMS基材表面生成類似“草”的圓錐形微納尺度纖維（硅樹脂“草”）。這種“草”的纖維直徑在300 nm至1 μm，長度在10 μm至30 μm。電鏡（SEM、TEM）測試表明其纖維表面存在微突結(jié)構(gòu)。研究表明，表面“草”狀纖維一方面能夠提高其涂層的機械性能，另一方面能夠起到“鎖定”作用，防止低粘度SO滲出損耗。

研究團隊對體系中PDMS、SO、TCPS三組分含量對材料表面形貌及性能的影響進行了探究。當TCPS/SO/PDMS含量比為20:70:100（vol %）時，表面生成無規(guī)則的微孔隙；而提高TCPS/PDMS比例時（20 vol % → 30 vol %），表面則形成微裂紋形貌。但是，三組分的含量配比對其表面疏水性能影響不大。

材料組成對表面微納形貌及疏水性的影響。圖片來源：Langmuir

對材料表面氧等離子體（OP）處理進行涂層耐用性測試，不同OP時間處理（30min、5h、12h、24h）條件下，在濕空氣氛圍下材料表面都能實現(xiàn)較迅速的超疏水性恢復(fù)，OP處理耐受性顯著提高。同時，材料表面展現(xiàn)出優(yōu)異的耐刮擦性能。

等離子處理及摩擦測試對材料性能的測試。圖片來源：Langmuir

研究人員通過構(gòu)筑表面微納結(jié)構(gòu)矩陣等對比試驗對其超強自愈性機理進行了深入探究。研究表明，材料表面裂紋或微孔隙的存在利于低粘度SO材質(zhì)的迅速滲出進行材料表面修復(fù)，而表面的纖維結(jié)構(gòu)則保證了材料表面超長的OP耐受性，兩個因素缺一不可。

超強自愈性機理及影響因素探索。圖片來源：Langmuir

——總結(jié)——

通過丙基三氯硅烷在彈性基底表面的水解縮聚反應(yīng)結(jié)合基體內(nèi)低粘度硅油的存儲，Atsushi Hozumi博士團隊構(gòu)筑了具有超強自愈合性能的超疏水涂層。該涂層克服了以往自愈合涂層的諸多局限性，展現(xiàn)出優(yōu)異的戶外耐候性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐濕熱性能等，極大的拓展了其應(yīng)用范圍。同時，該研究為新一代自愈合超疏、雙疏涂層的制備和發(fā)展提供了借鑒。