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  由哈佛大學(xué)Aizenberg教授提出SLIPS的仿生多功能表面由于其特殊的液固結(jié)合界面在近幾年受到廣大研究人員的關(guān)注。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括防凍、防腐、防海洋污染和實(shí)現(xiàn)高透明性材料等，并在液體運(yùn)輸，太陽能電池表面和深海防污等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用前景。然而，考慮到在真實(shí)環(huán)境中的長期使用時(shí)，用于SLIPS儲(chǔ)油的多孔或粗糙結(jié)構(gòu)很容易被苛刻的機(jī)械磨損所破壞；同時(shí)，所注入的油層不穩(wěn)定，很容易在外界刺激下被剝奪也是SLIPS亟待解決的問題。

  基于以上問題，天津大學(xué)汪懷遠(yuǎn)教授團(tuán)隊(duì)通過對微納米結(jié)構(gòu)和化學(xué)相互作用的精細(xì)設(shè)計(jì)，提出了一種具有優(yōu)異機(jī)械性能和穩(wěn)定油層的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合超疏水涂層用于SLIPS的制備。由于共價(jià)鍵Ti-O-Si和氫鍵的存在，TiO₂在許多堆積的坡縷石納米棒上大量沉積，形成了獨(dú)特的仿“玉米”結(jié)構(gòu)。同時(shí)，TiO₂表面的羥基也能與兩種聚合物（聚醚砜PES和聚偏氟二乙烯-六氟丙烯共聚物PVDF-HFP）以氫鍵的方式相互作用，由于這些強(qiáng)化的界面相互作用，這些“玉米狀”結(jié)構(gòu)緊密地聚集在一起，形成豐富而機(jī)械強(qiáng)健的粗糙結(jié)構(gòu)，不僅展現(xiàn)出穩(wěn)定且耐久的超疏水性，而且提供足夠的毛細(xì)管力來儲(chǔ)存潤滑油。

  研究發(fā)現(xiàn)，用于SLIPS注油前的超疏水涂層與基板具有優(yōu)異的結(jié)合力，且在經(jīng)受200次苛刻的摩擦機(jī)試驗(yàn)（負(fù)載為250 kPa）后仍保持超疏水性。此外，在200次砂紙磨損循環(huán)后，也仍能維持超疏水的接觸角和滾動(dòng)角（WCA＞150°, WSA＜10°）。通過對制備涂層的填料進(jìn)行XPS和紅外光譜分析，證明了坡縷石與TiO₂之間的共價(jià)鍵和氫鍵作用。同時(shí)在涂層的粗糙結(jié)構(gòu)中觀察到了一種“玉米”狀的結(jié)構(gòu)，涂層中的“玉米”狀結(jié)構(gòu)是由于坡縷石棒與TiO₂間的靜電作用，共價(jià)鍵作用和氫鍵作用以及兩種聚合物與TiO₂的氫鍵作用和聚合物的熔融包裹作用而形成的，具有優(yōu)異的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性及耐磨性。

圖1. 具有類“玉米”狀結(jié)構(gòu)的涂層形貌

圖2（a） 砂紙磨損實(shí)驗(yàn)示意圖；（b）連續(xù)砂紙磨損循環(huán)后WCA和WSA的變化；（c）摩擦機(jī)裝置（負(fù)載=250kPa）示意圖；（d）連續(xù)摩擦機(jī)磨損循環(huán)后WCA和WSA的變化

  注油后得到的SLIPS也具有優(yōu)異的熱水排斥性，在沸水中煮后15 min和300個(gè)熱水浸泡循環(huán)后，仍能維持SLIPS的超滑特性。另外，所制備的SLIPS還在50 kPa高水壓沖擊，4000 rpm/min的高轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)，96 h的水浸泡后和強(qiáng)酸強(qiáng)堿刺激后也維持了良好的超滑性質(zhì)。這證明了所制備的SLIPS具有優(yōu)異機(jī)械、物理和化學(xué)穩(wěn)定性。該SLIPS也被證明可以用于多種基底上（木材，玻璃，PTFE塑料，鋼板和泡沫鎳等）。這項(xiàng)成果為設(shè)計(jì)強(qiáng)機(jī)械穩(wěn)定性的SLIPS提供了新思路和解決方案。

圖3（a）SLIPS上不同溫度水的WCA和WSA；（b）將SLIPS浸入85℃熱水中并拉出300次循環(huán)的示意圖；（c）80 ℃水滴從SLIPS上滑落的紅外熱成像圖片；（d）SLIPS浸入沸水不同時(shí)間時(shí)的WCA和WSA變化；（e）沸水浸沒實(shí)驗(yàn)的示意圖

圖4 （a） SLIPS上強(qiáng)酸（pH=1）、水（pH=7）和強(qiáng)堿（pH=14）的WCA和WSA；（b）浸水96小時(shí)后SLIPS上的WCA和WSA；（c）不同轉(zhuǎn)速下WCA和WSA的變化；（d）水沖擊試驗(yàn)示意圖（水壓=50kPa）；（e）水滴手彎曲后的SLIPS上滑動(dòng)；（f） 50 kPa水壓下不同水沖時(shí)間后WCA和WSA的變化

  以上研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal上，論文的第一作者為天津大學(xué)化工學(xué)院碩士生袁思成，通訊作者為汪懷遠(yuǎn)教授。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.128953